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AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究进展

物理学报 2023年第17期72卷 336-342页

作者：武鹏朱宏宇吴金星张涛张进成郝跃西安电子科技大学宽禁带半导体器件与集成电路全国重点实验室西安 710071 中国飞行试验研究院西安 710089

得益于铝镓氮/氮化镓异质结材料较大的禁带宽度、较高的击穿场强以及异质界面存在的高面密度及高迁移率的二维电子气,基于该异质结材料的器件在高压大功率及微波射频方面具有良好的应用前景,尤其是随着大尺寸硅基氮化镓材料外延技术的... 详细信息

得益于铝镓氮/氮化镓异质结材料较大的禁带宽度、较高的击穿场强以及异质界面存在的高面密度及高迁移率的二维电子气,基于该异质结材料的器件在高压大功率及微波射频方面具有良好的应用前景,尤其是随着大尺寸硅基氮化镓材料外延技术的逐渐成熟,低成本的氮化镓器件在消费电子方面也展现出极大的优势.为了提高铝镓氮/氮化镓肖特基二极管的整流效率,通常要求器件具有较小的开启电压、较低的反向漏电和较高的击穿电压,采用低功函数金属阳极结构能有效降低器件开启电压,但较低的阳极势垒高度使器件易受界面缺陷的影响,导致器件反向漏电增大.本文采用一种新型的基于热氧氧化及氢氧化钾腐蚀的低损伤阳极凹槽制备技术,解决了常规干法刻蚀引入的表面等离子体损伤难题,使凹槽表面粗糙度由0.57 nm降低至0.23 nm,器件阳极反向偏置为-1 kV时的漏电流密度由1.5 × 10-6 A/mm降低至2.6 × 10-7 A/mm,另外,由于热KOH溶液对热氧氧化后的AlGaN势垒层及GaN沟道层具有良好的腐蚀选择比,因此避免了干法刻蚀腔体中由于等离子体分布不均匀导致的边缘刻蚀尖峰问题,使器件反向耐压由-1.28 kV提升至-1.73kV,器件性能得到极大提升.

关键词：铝镓氮/氮化镓肖特基二极管低反向漏电高击穿电压

来源：博看期刊评论

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固体电子学研究与进展 2005年第1期25卷 35-41页

作者：王翠梅王晓亮王军喜中国科学院半导体研究所北京100083

简要回顾了 Al Ga N/Ga N HEMT器件电流崩塌效应研究的进展 ,着重阐述了虚栅模型、应力模型等几种解释电流崩塌效应形成机理的模型和器件钝化、生长盖帽层等减小电流崩塌效应的措施。

关键词：铝镓氮/氮化镓高温电子迁移率晶体管电流崩塌效应功率器件

7.5～9.5GHz AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管

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固体电子学研究与进展 2007年第2期27卷 159-162,206页

作者：王帅陈堂胜张斌李拂晓陈辰龚敏四川大学物理科学与技术学院微电子学四川省重点实验室成都610064 单片集成电路及模块国家重点实验室南京电子器件研究所南京210016

报道了研制的1mm栅宽的AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管,在32V漏偏压下在7.5～9.5GHz频率范围内输出功率大于5W,功率附加效率典型值为30%,功率增益大于6dB,带内增益平坦度为±0.4dB,带内最大输出功率为6W。

关键词：铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管内匹配

AlGaN/GaN一维模型自洽求解和二维电子气特性研究

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固体电子学研究与进展 2005年第2期25卷 172-176页

作者：祃龙王燕余志平田立林清华大学微电子所北京100084

实现了一维Poisson-Schrodinger方程的自洽求解,在此基础上求出了AlGaN/GaN异质结导带结构和二维电子气分布。计算结果表明极化效应是形成高浓度电子面密度的主要因素。研究了AlGaN/GaN系统中隔离层厚度对二维电子气浓度的影响,并对计... 详细信息

实现了一维Poisson-Schrodinger方程的自洽求解,在此基础上求出了AlGaN/GaN异质结导带结构和二维电子气分布。计算结果表明极化效应是形成高浓度电子面密度的主要因素。研究了AlGaN/GaN系统中隔离层厚度对二维电子气浓度的影响,并对计算结果进行了分析。

关键词：铝镓氮/氮化镓泊松方程薛定谔方程自洽解二维电子气

AlGaN/GaN HEMT栅阶跃脉冲响应实验研究

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固体电子学研究与进展 2007年第3期27卷 335-338页

作者：卢盛辉杜江锋靳翀周伟杨谟华电子科技大学微电子与固体电子学院成都610054

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和... 详细信息

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和阶跃脉冲之间关系的分析,提出了用快电子与慢电子释放两种过程来解释表面态电子弛豫,并建立漏极电流响应过程拟合算式。拟合得到与快、慢电子释放相关的时间常数分别为τ1=0.23s、τ2=1.38s,且拟合曲线与实验结果的最大误差不超过测试值的3%。该研究结果有助于电流崩塌机理的进一步探索。

关键词：铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管电流崩塌表面态阶跃脉冲

基于76.2mm圆片工艺的GaN HEMT可靠性评估

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固体电子学研究与进展 2011年第2期31卷 115-119,140页

作者：蒋浩任春江陈堂胜焦刚肖德坚南京电子器件研究所单片集成电路与模块国家重点实验室南京210016

报道了利用76.2 mm圆片工艺实现了SiC衬底GaN HEMT微波功率管的研制,并对其进行了多项试验以评估其可靠性。器件工艺中通过引入难熔金属作器件肖特基势垒,有效提高了GaN HEMT器件肖特基势垒的热稳定性,经过500°C高温处理30 s后器件肖... 详细信息

报道了利用76.2 mm圆片工艺实现了SiC衬底GaN HEMT微波功率管的研制,并对其进行了多项试验以评估其可靠性。器件工艺中通过引入难熔金属作器件肖特基势垒,有效提高了GaN HEMT器件肖特基势垒的热稳定性,经过500°C高温处理30 s后器件肖特基特性依然保持稳定。随后的高温工作寿命试验表明,该GaN HEMT能够经受225°C结温500 h的工作而未发生失效,但器件的饱和电流出现了退化,进一步的分析表明引起器件饱和电流下降的主要原因是电迁徙引起的欧姆退化。针对电迁徙现象进行了相关工艺的改进,对改进后器件的三温加速寿命试验表明,器件在150°C结温下平均失效时间(MTTF)达4×105h,激活能为1.0 eV。将研制的GaN HEMT管芯用于了两级级联结构的C波段功率模块,对研制的功率模块在28 V工作电压125°C结温下进行了射频工作寿命试验,增益压缩5 dB下连续波工作1 000 h后输出功率变化量小于0.1 dB。

关键词：铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管场板栅挖槽难熔栅平均失效时间

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GaN HEMT的温度特性及其应用

固体电子学研究与进展 2011年第3期31卷 226-232页

作者：任春江陈堂胜余旭明张斌南京电子器件研究所微波毫米波单片集成模块和电路国家重点实验室南京210016

对0.25μm双场板结构GaN HEMT器件的温度特性进行了研究。负载牵引测试结果显示,GaN HEMT增益的温度系数为-0.02 dB/℃、饱和输出功率系数为-0.004 dB/℃。大的增益温度系数结合GaN HEMT自热效应引起的高温升对实际应用特别是功率MMIC... 详细信息

对0.25μm双场板结构GaN HEMT器件的温度特性进行了研究。负载牵引测试结果显示,GaN HEMT增益的温度系数为-0.02 dB/℃、饱和输出功率系数为-0.004 dB/℃。大的增益温度系数结合GaN HEMT自热效应引起的高温升对实际应用特别是功率MMIC的设计带来了挑战。按常温设计的GaN功率MMIC在高温下输出功率出现了较大幅度的下降,并且连续波与脉冲下工作输出功率存在较大差异。针对GaN HEMT应用中的这些问题提出了解决措施,包括降低2DEG浓度来减小增益的温度系数,通过选择SiC衬底和衬底减薄以及版图设计改善器件散热,降低器件工作时的温升。

关键词：铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管场板栅挖槽难熔栅

磁控溅射AlN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

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固体电子学研究与进展 2009年第3期29卷 330-333,368页

作者：任春江陈堂胜焦刚钟世昌薛舫时陈辰南京电子器件研究所单片集成电路与模块国家级重点实验室南京210016

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够... 详细信息

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压。在8GHz、55V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56dB和39.2%。

关键词：场板铝镓氮/氮化镓高电子迁移率晶体管氮化铝金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管

增强型GaN绝缘栅HEMT线性电荷控制解析模型

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固体电子学研究与进展 2010年第3期30卷 323-326,440页

作者：卢盛辉杜江锋罗谦于奇周伟夏建新杨谟华电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室成都610054

基于MIS理论和含极化的泊松方程,应用费米能级与二维电子气密度线性近似,并考虑计入了绝缘体/AlGaN界面的陷阱或离子电荷,导出建立了适用于增强型且兼容耗尽型AlGaN/GaN绝缘栅HEMT的线性电荷控制解析模型。研究表明,Insulator/AlGaN界... 详细信息

基于MIS理论和含极化的泊松方程,应用费米能级与二维电子气密度线性近似,并考虑计入了绝缘体/AlGaN界面的陷阱或离子电荷,导出建立了适用于增强型且兼容耗尽型AlGaN/GaN绝缘栅HEMT的线性电荷控制解析模型。研究表明,Insulator/AlGaN界面陷阱密度在1013cm-2数量级;基于该模型的器件转移特性的理论结果与器件的实测转移特性数据比较符合。该模型可望用于器件性能评估和设计优化。

关键词：线性电荷控制解析模型增强型绝缘栅高电子迁移率晶体管铝镓氮/氮化镓