AlGaN/GaN异质结场效应晶体管的阈值电压

利用AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/GaN HFET)栅结构的电容-电压(C-V)特性确定AlGaN/GaN HFET的阈值电压.通过对模拟计算得到的AlGaN/GaN HFET电流-电压(I-V)特性曲线与测试得到的AlGaN/GaN HFET曲线比较分析,证实了依据AlGaN/GaN HFET栅结构的C-V特性曲线的微分极值点确定阈值电压是一种切实可行的方法.     

一种P-GaN栅极结合槽栅技术的增强型HEMT

为了得到高击穿电压、高阈值电压的增强型GaN器件,提出了一种P型掺杂GaN(P-GaN)栅极结合槽栅技术的AlGaN/GaN/AlGaN双异质结结构。该器件的阈值电压高达3.4 V,击穿电压达738 V。利用Sentaurus TCAD进行仿真,对比了传统P-GaN栅与P-GaN栅结合槽栅的AlGaN/GaN/AlGaN双异质器件的阈值电压和耐压。结果表明,栅槽深度在5~13 nm范围内变化时,阈值电压随栅槽深度的增大而增大,击穿电压随栅槽深度的增大呈先增大后略减小;导通电阻随槽栅深度的增大而增大,最小导通电阻为11.3 Ω·mm。     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN HFET功率特性

通过台面隔离与注入隔离结合的方法,解决了由于GaN外延材料缓冲层质量差造成的AlGaN/GaN HFET击穿电压低的问题.通过优化的500℃/50s栅退火条件,改善Ni-AlGaN/GaN二极管特性,理想因子和势垒高度分别优化到1.5和0.87eV.通过改进AlGaN/GaN HFET制备工艺,得到提高器件输出功率的优化工艺,采用这一工艺制备的蓝宝石衬底总栅宽为1mm,器件在频率为8GHz时输出功率达到4.57W,功率附加效率为55.1%.     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN HFET功率特性

通过台面隔离与注入隔离结合的方法,解决了由于GaN外延材料缓冲层质量差造成的AlGaN/GaN HFET击穿电压低的问题.通过优化的500℃/50s栅退火条件,改善Ni-AlGaN/GaN二极管特性,理想因子和势垒高度分别优化到1.5和0.87eV.通过改进AlGaN/GaN HFET制备工艺,得到提高器件输出功率的优化工艺,采用这一工艺制备的蓝宝石衬底总栅宽为1mm,器件在频率为8GHz时输出功率达到4.57W,功率附加效率为55.1%.     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.     

一种对称极化掺杂增强型高压GaN HFET

针对传统AlGaN/GaN HFET击穿电压远低于理论值,以及阈值电压与开态电流之间存在制约关系的问题,提出一种对称极化掺杂增强型高压GaN HFET。采用Al组分对称渐变的AlGaN势垒层,因极化梯度分别在正向渐变AlGaN层和逆向渐变AlGaN层中诱导产生了三维电子气(3DEG)和三维空穴气(3DHG)。利用3DHG,阻断了源极与3DEG之间的纵向导通沟道,实现了新的增强型模式。同时,正向渐变AlGaN层的高浓度3DEG显著提升了器件输出电流。器件关断时,极化电荷形成的极化结有助于耗尽漂移区,优化了电场分布,提升了器件耐压。与传统AlGaN/GaN HFET相比,新器件的击穿电压从39 V提高至919 V,饱和漏电流提升了103.5%。     

采用PECVD方法制作SiO2绝缘层的AlGaN/GaN MOS-HFET器件

为了进一步减小栅漏电,提高击穿电压,将MOS结构的优点引入ALGaN／GaN HEMT器件中,研制并分析了新型的基于AlGaN／GaN的MOS—HFET结构。采用等离子增强气相化学沉积（PECVD）的方法生长了50nm的SiO2作为栅绝缘层,新型的AlGaN／GaN MOS—HFET器件栅长1μm,栅宽80μm,测得最大饱和输出电流为784mA／mm,最大跨导为44．25ms／mm,最高栅偏压＋6V。     

栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。     

AlGaN/GaN HFET电流崩塌效应研究

电流崩塌效应是限制AlGaN/GaN HFET高输出功率特性的一个重要因素,文中从器件研制的角度研究了AlGaN/GaN HFET的电流崩塌效应.研究结果表明,采用传统的化合物半导体器件细栅工艺制作的器件,栅边缘易发生钻蚀效应,SiN层出现钻蚀区域,器件电流崩塌明显;采用ICP刻蚀SiN后,AlGaN表面产生损伤,电流崩塌效应进一步增强;采用电子束直写方式和SiN钝化,电子未对AlGaN层产生损伤,电流崩塌参量小于20%;采用场板结构,SiN层增加了表面态俘获电子的释放通道.电流崩塌效应得到进一步抑制,减小到小于10%.