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纳米环栅器件自热效应的研究

纳米环栅器件自热效应的研究

作者：田等怀北方工业大学

学位级别：硕士

随着集成电路产业的飞速发展,半导体器件的先进工艺节点已到达5nm,为抑制由半导体器件尺寸微缩所产生的短沟道效应,器件结构从传统的平面设计向着三维的Fin FET器件以及纳米环栅器件等结构发展。另外,绝缘体上硅结构器件以及新材料（比... 详细信息

随着集成电路产业的飞速发展,半导体器件的先进工艺节点已到达5nm,为抑制由半导体器件尺寸微缩所产生的短沟道效应,器件结构从传统的平面设计向着三维的Fin FET器件以及纳米环栅器件等结构发展。另外,绝缘体上硅结构器件以及新材料（比如:低导热率的Si Ge等）也已被引入到了传统的硅基MOS器件中。但是,在器件性能提升的同时,由于密集热产生、热扩散低效等问题引起了更多的可靠性挑战。自热效应的研究对器件进行可靠性评估和使用寿命预测中具有关键性意义。本文围绕0.5μm MOSFET器件的器件制备、特性测试、热模型仿真等方面进行研究,在此基础上,对纳米环栅器件进行热效应理论仿真,优化仿真模型和器件性能。本论文的主要内容及研究成果如下:1.采用CMOS工艺制备0.5μm MOSFET器件,制备出不同栅长器件,测试其转移特性Id-Vg、电容电压特性Cg-Vg、漏电流Ig-Vg等特性。2.使用模拟仿真工具sentaurus tcad搭建了0.5μm MOSFET器件结构模型,仿真其电、热学特性,与实验数据对比论证,探究不同热传导模型的影响。同时,研究了仿真参数对热效应的影响。3.搭建同栅长栅宽的纳米环栅器件结构模型,理论仿真电、热学特性。改变仿真参数,研究源漏栅结构不同材料对自热效应的影响;不同堆叠方案对纳米环栅器件自热效应的影响研究对热效应的影响。4.通过理论推导,聚焦纳米-纳秒尺度下的器件自热效应,围绕其电性特征、导热机制和导热模型进行研究,并对各模型之间的异同和适用范围进行了比较和讨论。

关键词： CMOS工艺纳米环栅器件自热效应 sentaurus tcad 纳米-纳秒尺度

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复杂辐射环境宽禁带半导体探测器性能研究

复杂辐射环境宽禁带半导体探测器性能研究

作者：蔡姝华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

宽禁带半导体材料如碳化硅、氮化镓以及β-Ga2O3等材料一直以来都是热门的研究话题,尤其是应用于制备空间辐射、核辐射等辐射环境的宽禁带半导体探测器。其中β-Ga2O3的禁带宽度和击穿电压远大于碳化硅和氮化镓,并且具有良好的热化学稳... 详细信息

宽禁带半导体材料如碳化硅、氮化镓以及β-Ga2O3等材料一直以来都是热门的研究话题,尤其是应用于制备空间辐射、核辐射等辐射环境的宽禁带半导体探测器。其中β-Ga2O3的禁带宽度和击穿电压远大于碳化硅和氮化镓,并且具有良好的热化学稳定性,便于批量生产,在工业方面优势明显,被广泛应用于制备日盲区紫外光电探测器。但针对γ辐照和中子辐照等复杂辐射环境的氧化镓辐射探测器研究较少,因此,研究Ga2O3探测器在γ和中子辐照下的复杂辐射环境中的性能具有重要意义。本论文的研究工作是利用器件仿真软件（sentaurus tcad）仿真建立一种肖特基型结构的Ga2O3探测器,研究不同温度和不同γ辐照剂量下的Ga2O3探测器的电学特性,也研究了温度和γ辐照对不同器件参数（如理想因子η、肖特基势垒高度φB、载流子浓度Nd等）的影响,通过Geant4蒙特卡罗模拟方法研究不同入射中子数量以及中子能量下的能量沉积,并通过sentaurus tcad软件研究中子辐照下的时间响应,同时对Ga2O3探测器高温辐照综合效应进行了仿真研究,主要的研究结果如下:（1）当温度从300 K升高至600 K时,电流增大,载流子浓度增大,耗尽区厚度减小,探测器电容增大,同时理想因子η和势垒高度φB随温度升高而有所增加。（2）在Y辐照后,正向电流减小,反向电流变大,理想因子η和势垒高度φB都有一定的增幅;当辐照剂量从20 kGy升高至80 kGy时,正向电流继续减小,反向电流继续增大,理想因子η反之减小,势垒高度φB继续增大;在温度为300K、600K以及对应的γ辐照剂量为20kGy时的电学特性得出特定条件下的高温辐照综合效应是Y辐照效应和高温效应仿真结果的叠加结果。（3）线性能量转移值、反向偏压、粒子入射角度、温度等参数变大时,会使中子入射后Ga2O3探测器产生的电子-空穴对数量增多,输出瞬态电流增大;在Ga2O3探测器肖特基电极中心附近内的电子电流密度和空穴电流密度比外围区域高。根据以上结果分析表明,建立的Ga2O3探测器模型将有助于预测在复杂辐射环境下Ga2O3探测器的电学性能。

关键词： Ga2O3探测器 sentaurus tcad γ辐照中子辐照温度效应

纳米片晶体管性能调控机制与统计可变性tcad仿真研究

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纳米片晶体管性能调控机制与统计可变性TCAD仿真研究

作者：罗浩文华中科技大学

学位级别：硕士

纳米片晶体管凭借良好的静电完整性和优异的栅对沟道控制能力,已经成为下一代先进场效应晶体管的有力竞争者。然而,对于如此微小且复杂的晶体管结构,随机离散掺杂、刻线边缘粗糙度和金属栅颗粒性等器件统计可变性来源及量子限制效应对... 详细信息

纳米片晶体管凭借良好的静电完整性和优异的栅对沟道控制能力,已经成为下一代先进场效应晶体管的有力竞争者。然而,对于如此微小且复杂的晶体管结构,随机离散掺杂、刻线边缘粗糙度和金属栅颗粒性等器件统计可变性来源及量子限制效应对它的性能参数的影响是不容忽视的,其中刻线边缘粗糙度导致纳米片沟道发生了原子级厚度变化,这会带来与量子限制可变效应相关的附加的统计可变性问题。因此,系统研究这些统计可变性来源与量子限制可变效应的相互作用对纳米片晶体管关键性能参数的影响具有重要意义。本课题分为两部分来开展,第一部分:系统研究薄纳米片晶体管中的量子限制可变效应及相关的静电性能。首先,通过二维泊松薛定谔量子仿真,发现了重要的量子限制可变效应存在于静电性能因子对薄纳米片厚度变化的非线性响应之中。其次,研究了强沟道截面几何结构依赖的静电性能因子。最后,对刻线边缘粗糙度导致纳米片沟道截面厚度的变化进行了建模,并研究与分析了与量子限制可变效应相关联的纳米片晶体管静电性能变化。第二部分:系统研究器件统计可变性与量子限制可变效应的相互作用对三维纳米片晶体管关键性能参数的影响。首先,在sentaurus tcad中搭建了三维水平堆叠的5 nm纳米片晶体管仿真平台,其中密度梯度量子修正模型被二维泊松薛定谔量子仿真严格校准,并保证器件源漏电流与栅源电压转移特性仿真曲线与实验数据相匹配。其次,研究了工艺偏差导致的纳米片晶体管关键性能参数的全局可变性,发现4 nm厚沟道的纳米片晶体管拥有最佳的器件性能。最后,通过耦合量子限制可变效应,进行统计可变性仿真。研究发现:产生于扩展区的随机离散掺杂,导致了最大的饱和导通电流浮动,尤其对于短沟道器件。金属栅颗粒性仍然是主要的统计可变性来源,但是强烈的量子限制可变效应对它的影响是轻微的。而由于附加量子限制可变效应的影响,刻线边缘粗糙度给薄纳米片晶体管造成了较大的阈值电压浮动。

关键词： 5nm纳米片晶体管量子限制可变效应统计可变性 sentaurus tcad 二维泊松薛定谔求解器

GaN基HEMT红外探测器力电耦合机制理论模型的仿真研究

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GaN基HEMT红外探测器力电耦合机制理论模型的仿真研究

作者：杜志娟北京工业大学

学位级别：硕士

红外探测器是红外技术的核心,新型室温红外探测器更是目前研究的热点领域。随着近些年人们对红外辐射的了解加深,深刻了解它在生活各个领域的应用优势,所以人们迫切的去提高探测手段—研制出不同机理的红外探测结构。鉴于这种情况,对红... 详细信息

红外探测器是红外技术的核心,新型室温红外探测器更是目前研究的热点领域。随着近些年人们对红外辐射的了解加深,深刻了解它在生活各个领域的应用优势,所以人们迫切的去提高探测手段—研制出不同机理的红外探测结构。鉴于这种情况,对红外探测器的研发迫在眉睫。本文则基于气体直接吸收红外产生气压进行探测的红外探测器原理为基础,设计红外探测器结构,进行新型室温红外探测器的理论研究及有限元分析。首先,针对新型红外探测器的工作原理进行详细的分析。详细的分析了红外气体作为吸收介质吸收红外辐射的机理,按工作阶段对理论模型进行推理:首先气体吸收红外辐射导致体积增加产生压强,然后压电薄膜受到气体压强均匀应力产生机械形变,最后GaN/AlGaN异质结产生压电极化,分析其极化效应模型,计算界面电荷,形成GaN HEMT电流输出。其次,采用ANSYS软件对本文的关键结构GaN/AlGaN压电薄膜进行模拟,首先针对其机械特性,分析其应力以及尺寸对机械形变量以及内部应力分布的影响进行分析,在四边固定的条件下,对压电薄膜施加由于气体产生的均匀应力,分析弹性敏感薄膜形变量与机械应力的数值关系,以及改变薄膜尺寸对该结构的影响。然后对薄膜的压电特性进行仿真,并给出薄膜在应力条件下薄膜电势分布图,分析了薄膜电势及形变量的影响因素。再次,用sentaurus tcad对红外探测器关键结构-电学信号输出元件GaN/AlGaN HEMT进行仿真研究,设计器件结构模拟方案,网格化分方案,仿真器件的直流输出特性,如伏安特性曲线,转移特性曲线,并提出对器件的优化方案:改变器件的结构参数如:AlGaN势垒层厚度,掺杂浓度,极化电荷量,肖特基势垒高度,Al组分等参数,分析对其电流的影响,对器件进行深入分析。最后,系统的总结红外探测器工作过程,量化红外气体吸收红外辐射产生的温度变化,进而计算气体产生的压强,以及其对薄膜施加应力,以及HEMT输出电流进行拟合,得出输出电流与红外辐射输入功率之间的关系,电流与输入功率之间保持良好的线性关系,实现了红外探测器对红外辐射的探测能力。

关键词： GaN/AlGaN HEMT sentaurus tcad ANSYS 输出电流压电效应

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一种抗总剂量CMOS电路基本结构研究

一种抗总剂量CMOS电路基本结构研究

作者：陈孔滨电子科技大学

学位级别：硕士

随着空间技术以及核工程技术的快速发展,越来越多的CMOS集成电路不可避免地应用于辐射环境中并受到各种辐射效应的影响,为了保证CMOS电路的可靠性和性能,抗辐照加固技术的研究始终面临着严峻的挑战。本文以一种抗总剂量CMOS电路基本结... 详细信息

随着空间技术以及核工程技术的快速发展,越来越多的CMOS集成电路不可避免地应用于辐射环境中并受到各种辐射效应的影响,为了保证CMOS电路的可靠性和性能,抗辐照加固技术的研究始终面临着严峻的挑战。本文以一种抗总剂量CMOS电路基本结构为研究课题,提出一种抗总剂量基本晶体管结构,主要就其抗总剂量辐照能力以及其结构特性对抗总剂量能力的影响进行研究,并将其与传统的版图加固措施进行对比。本文基于总剂量效应的基本原理,深入研究总剂量辐照的物理过程以及总剂量效应对MOS器件电学特性参数的影响,从工艺和版图加固角度介绍目前业界常用的总剂量加固措施。基于总剂量的设计加固理念,本文提出一种抗总剂量基本晶体管结构,该结构通过在普通NMOS晶体管的源漏区外围形成P+掺杂区从而使得晶体管获得抗总剂量辐照的能力。接着本文使用sentaurus tcad软件平台仿真对比所提出的晶体管结构与普通的条栅NMOS晶体管,验证其总剂量加固的有效性,并在此基础上提出一种变形结构,丰富其应用范围。然后进一步研究对比所提出的晶体管结构及相应的变形结构和普通条栅NMOS晶体管随辐照剂量的变化,相应的性能退化趋势,并研究对比它们输出电流的差异。针对所提出的晶体管结构,本文继续更加深入地研究其结构特性对晶体管抗总剂量能力的影响。首先对比P+掺杂区有无直接连接到零电位两种情况下晶体管抗总剂量能力的差别,从而提出可以采用P+掺杂区无连接的方式来节省晶体管的版图布线资源,然后通过改变所提出晶体管的结构参数详细研究P+掺杂区浓度、宽度以及结深对晶体管抗总剂量能力的影响,接着研究P+掺杂区与N+源漏区的间距对晶体管的击穿电压和抗总剂量能力的影响。基于所提出的晶体管结构以及相应的变形结构属于总剂量版图加固措施的范畴,本文进一步将其与传统的版图加固措施进行对比。首先仿真对比所提出的晶体管结构与传统版图加固措施在抗总剂量能力方面的强弱,然后从基本门电路标准单元版图实现角度对比各个晶体管结构版图实现中的面积消耗情况,从而可以直观地衡量所提出的晶体管结构以及相应的变形结构在实际工程应用中的价值。

关键词：总剂量效应版图加固 P+掺杂区 sentaurus tcad 传统加固措施

电热耦合应力下P-GaN Gate AlGaN/GaN HEMT可靠性研究

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电热耦合应力下P-GaN Gate AlGaN/GaN HEMT可靠性研究

作者：匡维哲电子科技大学

学位级别：硕士

随着科技进步与社会发展,GaN高电子迁移率晶体管(GaN High Electron Mobility Transisitor)凭借其宽禁带、高工作频率、高临界击穿电场等独特优势已成为半导体技术领域的研究热点,其中P-GaN栅增强型GaN HEMT器件(P-GaN HEMT,P-GaN Gate ... 详细信息

随着科技进步与社会发展,GaN高电子迁移率晶体管(GaN High Electron Mobility Transisitor)凭借其宽禁带、高工作频率、高临界击穿电场等独特优势已成为半导体技术领域的研究热点,其中P-GaN栅增强型GaN HEMT器件(P-GaN HEMT,P-GaN Gate E-Mode Al GaN/GaN HEMT)功率器件作为高频高功率应用中的一种优选解决方案更是广受学术界与产业界的青睐。但随着GaN HEMT功率器件发展,更高的工作电压,更高的工作频率,更高的集成度将带来更高的功率密度,这将不可避免使器件工作于高温、高电场的工作状态,现如今高功率密度下的诱发的器件可靠性问题已成为制约GaN HEMT功率器件进一步发展的瓶颈与障碍。目前,明确P-GaN HEMT器件在高温高电场环境下的退化与失效机理并提高器件在此环境下工作的稳定性是产业界与学术界亟待解决的问题。本文从实际高功率密度应用场景下入手,对P-GaN HEMT器件在该环境下高电场与强热场同时耦合存在的应力条件下的器件可靠性问题开展研究,本文主要研究内容如下:(1)针对P-GaN HEMT器件实际高功率密度应用下,器件内部高电场往往伴随着严重的自热效应,器件将经受电应力与热应力耦合存在特殊应力环境,本文通过在对P-GaN HEMT器件在开启状态下向器件漏极注入恒定电流的研究方式,使器件处于电热耦合应力的环境下,并通过多组对照实验深入探究在电热耦合应力下的器件可靠性与稳定性。发现了器件在此应力下受热应力主导的阈值电压不稳定性与饱和输出电流退化现象,揭示了诱发器件在应力后特性退化的关键因素。(2)根据实际器件结构与实验偏置参数设置,通过sentaurus tcad对器件进行物理建模与电热仿真,并综合器件对照实验结果与仿真结果,指明器件阈值电压不稳定与饱和输出电流退化现象发生位置、以及内部载流子输运及陷阱行为的物理机理,建立完整P-GaN HEMT电热耦合应力退化理论。为明确器件特性退化的内在机理以及后续可靠性加固工作提供理论基础。(3)针对P-GaN HEMT器件在电热耦合应力下的关键因素——结温,利用热敏电参量结温表征方法对器件进行非破坏性的结温表征,并对器件结壳热阻R测量,分析器件各层热阻值并验证热敏电参量结温表征方法对P-GaN HEMT器件的可行性,为进一步解决GaN器件热可靠性与热管理问题奠定基础。

关键词： P-GaN HEMT 电热耦合应力 sentaurus tcad 机理模型结温表征热阻

长波HgCdTe红外探测器面阵的结区光电功能表征与分析

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长波HgCdTe红外探测器面阵的结区光电功能表征与分析

作者：李彦涛中国科学院大学(中国科学院上海技术物理研究所)

学位级别：硕士

红外焦平面探测器因为具有较高的分辨率、较强的抗干扰性能和较强的穿透能力,已经被广泛应用于军事和民用领域。碲镉汞(HgCdTe)材料具有带隙连续可调、高量子效率和高电子迁移率等优点,因此可用于生产高性能红外焦平面探测器(FPA),然而... 详细信息

红外焦平面探测器因为具有较高的分辨率、较强的抗干扰性能和较强的穿透能力,已经被广泛应用于军事和民用领域。碲镉汞(HgCdTe)材料具有带隙连续可调、高量子效率和高电子迁移率等优点,因此可用于生产高性能红外焦平面探测器(FPA),然而,干法刻蚀引起的HgCdTe材料表面的损伤严重制约了红外焦平面探测阵列的性能。本文采用具有高信噪比和高空间分辨率的光电流面扫描方法(SPCM)来表征Hg空位p型HgCdTe(x=0.22)材料刻蚀损伤器件(具有四个不同刻蚀温度区域)。最后发现,SPCM的峰值信号随着刻蚀温度的降低而减小,说明我们可以采取不同的刻蚀温度来调控干法刻蚀诱导的材料表面反型程度,我们的工作为在制作大规模红外焦平面过程中寻找最优的刻蚀工艺提供了有效参考。然后,我们也采用SPCM方法和sentaurus tcad软件对B+离子注入形成的n-on-p结进行了研究。最后,我们基于这两项研究获得了一些创新性结果:1.基于SPCM方法,制备了干法刻蚀HgCdTe样品,并提取得到不同刻蚀温度区域(273K、223K、173K和123K)的材料表面n型扩展区的大小分别为2.6mm,2.1mm,1.6mm和1.2mm。在n型反型区不同的电子浓度下,模拟得到的SPCM信号和实验所得到的SPCM信号比较一致,说明SPCM信号的峰值信号随着刻蚀温度的降低而减小的现象主要是由n型反型区不同的电子浓度造成的,并且n型反型区的厚度随着刻蚀温度的增加而增大。2.对于中波(x=0.30)HgCdTe器件,低温和高温下具有相近的SPCM信号,说明该中波HgCdTe器件在制作过程中引入的缺陷较少,同时,扩展区的大小和温度以及像元大小都没有直接的关系。3.结转变:对于长波(x=0.22)HgCdTe器件,低温下的长波器件为n-on-p结构,中间温度(100K-150K)下的长波器件为n-on-n-结构,较高温度(150K-290K)下的长波器件为n--on-n-on-n-结构。随着温度的升高,B+离子注入区的少子扩散长度逐渐减小,这是因为随着温度升高B+离子注入区中的复合中心被激活,导致少子寿命减小。根据实验结果模拟拟合得到陷阱能级为37.63me V,77K下,组分为0.22的HgCdTe材料的禁带宽度约为0.1272e V,因此陷阱能级约占了带隙的三分之一。

关键词：光电流面扫描方法刻蚀损伤 sentaurus tcad 结转变陷阱能级

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基于铁电场效应晶体管的查找表的设计与仿真

基于铁电场效应晶体管的查找表的设计与仿真

作者：李凯湘潭大学

学位级别：硕士

一直以来,MOSFET决定着电子集成电路领域的发展。随着空间探测技术的持续发展,对电子产品在辐照环境下的性能要求也越来越高,然而MOSFET在辐照环境下却表现出不可靠性。铁电场效应晶体管（Fe FET）因为其具有结构简单、非挥发性、低功... 详细信息

一直以来,MOSFET决定着电子集成电路领域的发展。随着空间探测技术的持续发展,对电子产品在辐照环境下的性能要求也越来越高,然而MOSFET在辐照环境下却表现出不可靠性。铁电场效应晶体管（Fe FET）因为其具有结构简单、非挥发性、低功耗、可高速大密度存取、良好的抗辐射性能等优点而吸引了研究者们的广泛研究。并有科学家预测它将取代传统MOSFET的主导地位。然而,现阶段铁电场效应晶体管仅仅在存储器方面的应用得到一定的研究,为了奠定其在逻辑电路应用的基础促进其发展,建立铁电晶体管基本模型,研究其基本逻辑行为是非常有必要的。本文利用器件仿真软件sentaurus tcad研究了铁电场效应晶体管的基本逻辑操作和信息存储机制,在此基础上设计了基于铁电晶体管的逻辑电路和查找表存储电路,并完成了铁电查找表的功能验证。首先,我们根据硅器件描述方程和铁电极化描述性方程,利用sentaurus tcad软件搭建了金属-铁电-绝缘体-半导体（MFIS）结构的FeFET模型,研究了在不同的材料参数和工作电压下的电学性能。仿真结果表明:（1）铁电层决定了MFIS-FeFET的信息存储性能,能够对晶体管沟道电导率进行直接调控作用。（2）栅极绝缘层不仅可以隔离铁电层与硅衬底,还可以对降落到铁电层的电压起到调节作用。（3）栅极工作电压的大小决定了MFIS-FeFET的工作性质,在大的栅极电压下,FeFET可以作为存储器件使用,在小的栅极电压下,FeFET可以作为逻辑管使用。其次,建立了基于FeFET的基本逻辑电路,包括共源级、共漏级、反相器和灵敏放大器,实现了它们的基本逻辑功能。仿真结果表明:在较低操作电压下,MFIS-FeFET因为具备MOSFET的基本结构,可以完成基本的逻辑操作;在较高栅极操作电压下,铁电层发生反转,此时,MFIS-FeFET具备存储功能。最后,设计了基于FeFET的查找表电路。该电路是在传统查找表电路基础上优化设计而来。通过对铁电存储阵列读写方式进行研究,设计了更加适合于铁电存储阵列的读写操作方式。对所设计的铁电查找表电路完成了基本的的功能仿真。为FeFET在存储设备和逻辑电路的应用打下基础。

关键词：铁电场效应晶体管存储电路逻辑电路 sentaurus tcad

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具有高迁移率的P型GaN器件的研究

具有高迁移率的P型GaN器件的研究

作者：李集成电子科技大学

学位级别：硕士

半导体功率器件是半导体领域不可缺少的一部分,半导体材料经过几十年的飞速发展,已经迭代到了第三代。其中的GaN因为具有大的禁带宽度,耐高温等优良特性以及AlGaN/GaN结构在界面处可以生成二维电子气导电沟道的特点,让基于GaN材料的高... 详细信息

半导体功率器件是半导体领域不可缺少的一部分,半导体材料经过几十年的飞速发展,已经迭代到了第三代。其中的GaN因为具有大的禁带宽度,耐高温等优良特性以及AlGaN/GaN结构在界面处可以生成二维电子气导电沟道的特点,让基于GaN材料的高迁移率晶体管(HFET)在当今半导体功率器件领域备受关注。但目前市面上比较成熟的GaN基HFET器件多数是N沟道器件,P沟道器件因为GaN中采用Mg作为空穴受主杂质,其活性难以被激活,导致二维空穴气迁移率低,导通电流密度小。这最终造成P沟道GaN器件延迟远大于同等条件下的N沟道GaN器件,这严重拖慢了GaN基电路的速度。关于P沟道GaN器件的研究特别重要,本文在原有N型GaN器件基础上,对原有结构进行改进,成功研究出了具有P沟道特性,但是依靠电子气导电的GaN HFET,解决了上述P沟道GaN器件存在的诸多问题,并通过sentaurus tcad进行了相应的器件仿真,且该器件的工艺能够很好的与现有工艺集成。本文的主要工作内容有:通过sentaurus tcad对常规N沟道增强型GaN器件进行建模仿真,并探究了AlGaN厚度和Al组分对器件部分电学特性的影响,发现AlGaN厚度和Al组分的增加会让器件二维电子气浓度上升,器件源漏电流提高,但会让载流子迁移率降低。对仿真结果进行分析,发现势垒厚度和Al组分的增加增强了AlGaN层的极化强度,使界面处电子气浓度水平上升,但电子气浓度水平的上升使沟道处载流子电离散射的概率变大,所以沟道内的载流子迁移率下降。我们基于传统的N沟道GaN HFET,成功研制出具有P沟道特性的基于电子导电的HFET器件。该结构阈值电压为1.5V,饱和输出电流高达60mA/mm,关断时漏电流仅为3.459×10A/mm。具体原理为器件利用背栅结构,通过给背栅加正压,吸引二维电子气与背栅附近高浓度空穴复合,来关断导电沟道。我们对新型P型GaN HFET输出曲线进行分析,发现漏极电压升高会严重降低源漏饱和电流。通过对器件沟道处电荷分布进行分析,发现造成源漏饱和电流降低的原因是因为漏极电压让器件中的寄生PN结势垒变宽,阻挡了二维电子气沟道。根据这一结论优化改进原有结构,将顶栅极向漏极延长形成场板结构,削弱了漏极电压的影响。将器件的饱和输出电流从60mA/mm提高到了170mA/mm,阈值电压为-2.8V。

关键词： AlGaN/GaN HFET P沟道特性 sentaurus tcad