AlGaN/GaNHEMT场板结构与击穿特性和栅漏电研究

摘要

相比于第一，第二代半导体，GaN半导体材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和速度大、导热性能好等优点。AlGaN/GaN HEMT作为GaN基电子器件的代表，在器件可靠性得到提升后，其在微波大功率领域将有更加广阔的应用前景。场板结构的提出，不仅能够有效提升击穿电压，而且能够抑制电流崩塌，现已得到广泛关注。本文通过仿真模拟和实验测试，对场板长度和钝化层厚度与击穿电压的关系进行了研究。
　　本文首先通过模拟，设计了三种器件结构，其基本参数为：栅长0.8um，源漏间距8.8um，栅漏间距4um，场板长度分别0.2um和1um，钝化层厚度为60nm和120nm。在漏极电压分别70V与100V时，对栅下峰值电场强度进行模拟仿真，得到以下结论：当场板从0.2um增加为1um，即场板长度与栅漏间距的比例由5％增加为25%的过程中，栅下电场强度峰值均下降15%左右；当钝化层厚度由60nm增加为120nm时，栅下峰值电场提高10%左右。结果说明：在一定范围内，场板长度的提高，有助于分散栅下峰值电场强度，提升击穿电压。钝化层厚度在60nm以上时，不利于栅下峰值电场强度的降低，击穿电压的提升。其次通过实验，制造了栅长，源漏间距，栅漏间距，场板长度以及钝化层厚度与仿真结构相同的器件。在三端测量中，将漏极电流限定为1mA/mm，观测不同场板结构器件的击穿电压。得到以下结论：当场板长度由0.2um增加为1um，即场板长度与栅漏间距的比例由5%增加为25%的过程中，击穿电压提升14%；当钝化层厚度由60nm增加到120nm过程中，击穿电压下降明显。同时，对本次实验器件关态漏电的组成进行了分析，明确造成本次器件击穿电压低于正常值的原因是栅泄漏电流过大。最后，分析了场板结构制作过程中，不同功率的F等离子体处理AlGaN势垒层表面对栅泄漏电流的形成和击穿电压的影响。伴随着功率从0W增加到150W，低电压下，肖特基正向电流从10-10A增加到10-8A。得出以下结论：高功率F等离子体处理AlGaN势垒层表面易产生表面缺陷，形成陷阱电荷辅助隧穿，引起栅泄漏电流增大，不利于击穿电压的提升。

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第一章 绪论

1.1 GaN材料概论

1.2AlGaN/GaN HEMT的概况

1.3本文的主要工作安排

第二章AlGaN/GaN HEMT制备工艺与原理

2.1 AlGaN/GaN HEMT的制备工艺

2.2 AlGaN/GaNHEMT直流特性与频率特性

2.3 本章小结

第三章AlGaN/GaN HEMT 场板结构分析

3.1 场板结构介绍以及提高击穿电压的机理

3.2Silvaco仿真软件基本介绍

3.3 场板结构对栅下电场强度影响仿真结果分析

3.4本章小结

第四章 场板结构对击穿电压的影响

4.1 实验材料的选取以及基本工艺过程

4.2器件基本参数以及实验数据分析

4.3栅泄漏电流对AlGaN/GaN HEMT 击穿电压的影响

4.4 不同功率F等离子体刻蚀对肖特基正向特性的影响

4.5本章小结

第五章总结

参考文献

致谢