AlGaN/GaN HEMTs器件中子辐照效应实验和数值模拟研究

作     者：陈泉佑 赵景涛 朱小锋 许献国 熊涔 赵洪超 CHEN Quanyou;ZHAO Jingtao;ZHU Xiaofeng;XU Xianguo;XIONG Cen;ZHAO Hongchao

作者机构：中国工程物理研究院电子工程研究所四川绵阳621999 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621999 

出 版 物：《现代应用物理》 (Modern Applied Physics)

年 卷 期：2023年第14卷第1期

页      面：164-172,199页

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 082703[工学-核技术及应用] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0827[工学-核科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(11705172 61701461) 

主　　题：AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 中子辐照 实验 数值模拟 陷阱 

摘      要：以定制硅(Si)、蓝宝石(Al2O3)和碳化硅(SiC)衬底的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)为研究对象,在CFBR-II(China Fast Burst Reactor-II)快中子脉冲堆开展了中子辐照注量范围为10^(13)~10^(15) cm^(-2)的辐照实验研究;运用Sentaurus TCAD软件对Si衬底HEMTs器件开展了数值模拟仿真。结果表明:HEMTs器件的I-V等特性的变化,随着中子辐照注量的增大,并未如预期呈现出单调的线性递减趋势;对于Si衬底的定制器件,在小于10^(15) cm^(-2)的辐照注量下,甚至出现了饱和漏电流增加现象。分析认为,辐照产生的施主型陷阱与受主型陷阱之间的竞争补偿作用过程,是导致实验现象出现的主要物理机制;与原生缺陷相关的施主型陷阱的产生和注量率效应,可用来解释实验观测到的反常增加趋势。基于不同种类陷阱对器件作用机制的定量分析,定位GaN缓冲层为器件的薄弱环节并提出了加固建议,推断器件性能会在注量为10^(15)~10^(16) cm^(-2)时出现显著退化及失效,并尝试开展多轮次搭载实验进行验证。