InAIN/GaN HEMT的研制与特性分析

摘要

第三代半导体材料GaN具有击穿电压高、迁移率高、电子饱和速度大等优良特点。近年来AlGaN／GaN HEMT的研究已经取得很大的进展,但应力诱导的压电问题一直是AlGaN／GaN HEMT的主要问题之一。In组分为17％的InAlN能够与GaN完全匹配,消除压电极化,提高器件的可靠性。而InAlN／GaN HEMT的研究相对较少,尤其是在国内InAlN／GaN HEMT的研究才刚起步。在此背景下,本文主要针对InAlN／GaN HEMT进行了研究。
　　 首先,本文完成了InAlN／GaN HEMT器件的研制,并测得有较好的直流和小信号特性。还对漏端的工艺进行了改进,研制出肖特基作漏端的AlGaN／GaNHEMT器件。肖特基作漏的器件在具有与常规器件相同功能的基础上,还使得击穿电压明显增大。而且,首次发现漏端肖特基的势垒高度越大,器件的击穿电压越大。
　　 其次,对自主研制的InAlN／GaN异质结的陷阱进行了研究,通过电流崩塌和钝化前后材料方块电阻的变化,发现InAlN材料表面可能存在陷阱,并且利用肖特基的电容.电压的测试方法,对InAlN／GaN的陷阱密度进行了估算,然后采用低温退火的方法使得陷阱有一定的减少。此外,还研究了不同温度下退火对器件其它特性的影响。
　　 最后,对InAlN／GaN HEMT器件的陷阱与温度的关系进行了研究,通过对肖特基的变温测试发现,肖特特表面陷阱或者势垒层陷阱随温度的升高而增多,并且这些陷阱的增多会使得器件的电流崩塌也变得严重。另外,分析了温度对器件直流特性的影响,随温度升高,二维电子气浓度变化不大,迁移率减小,材料的方阻、欧姆接触、器件的输出和转移都有不同程度的退化。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 GaN材料及异质结的研究进展

1.1.1 GaN材料的特点

1.1.2 GaN器件的应用和AlGaN/GaN HEMT的发展

1.2 InAlN HEMT 的研究进展

1.2.1 InAlN/GaN HEMT的特点

1.2.2 InAlN/GaN HEMT的研究进展

1.2.3 GaN基HEMT的表面态

1.3 本文研究内容及安排

第二章 InAlN/GaN HEMT异质结以及制作流程

2.1 AlGaN/GaN与InAlN/GaN异质结的极化

2.1.1.AlGaN/GaN异质结的极化

2.1.2 InAlN/GaN异质结的极化

2.2 InAlN/GaN HEMT的工艺制作流程

2.3 器件漏端结构的改进

2.3.1 肖特基作漏端的基本原理

2.3.2 肖特基作漏端的AlGaN/GaN HEMT的基本特性

2.3.3 肖特基作漏对击穿电压的改善

2.3.4 肖特基作漏的器件的频率特性

2.4 本章小结

第三章 陷阱对InAlN/GaN HEMT的影响

3.1 InAlN/GaN HEMT的基本特性

3.1.1 InAlN/GaN HEMT的基本性能

3.1.2 InAlN/GaN HEMT的频率性能

3.1.3 InAlN/GaN HEMT的电流崩塌

3.2 钝化对材料方块电阻的影响

3.2.1 传输线模型测量方法

3.2.2 钝化对InAlN/GaN材料方阻的影响

3.2.3 钝化对AlGaN/GaN材料方阻的影响

3.3 陷阱对肖特基电容-电压特性的影响

3.3.1 CV滞后法

3.3.2 光照对CV的影响

3.3.3 不同频率下的CV特性

3.4 本章小结

第四章 温度对器件陷阱和其它特性的影响

4.1 温度对InAlN/GaN肖特基特性的影响

4.1.1 温度对肖特基CV特性以及陷阱的影响

4.1.2 温度对肖特基I-V特性的影响

4.2 温度对InAlN/GaN HEMT器件陷阱和特性的影响

4.2.1 温度对材料方阻和欧姆接触的影响

4.2.2 温度对器件直流特性的影响

4.2.3 温度对陷阱和电流崩塌的影响

4.3 低温退火对InAlN/GaN HEMT器件性能的改善

4.3.1 同一器件不同温度点的退火

4.3.2 不同器件不同温度点的退火

4.3.3 低温退火对器件其它性能的影响

4.4 本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

论文期间研究成果