AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的测试及仿真研究

摘要

目前，AlGaN/GaN HEMT因其卓越的性能受到了广泛的关注，已被越来越多地应用于高频及大功率领域。但是，由于器件存在电流崩塌效应等各种因素，其性能远远低于人们的理论预测。
　　基于实验测试和模拟仿真，本文研究了AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌效应。栅脉冲实验发现，器件漏电流随栅脉冲信号频率的增加而下降，在10、100、1k和10kHz频率下，器件漏电流的崩塌程度分别为20％、29%、46%和64%。通过改变栅脉冲信号高、低电平宽度，得到引起电流崩塌效应的陷阱和表面态俘获电子的总体时间大约在6ms左右，而总体释放时间大约为600μs。
　　通过改变栅脉冲信号低电平大小，发现当其高于器件阈值电压时，每增加-1V会使器件漏电流的崩塌程度增加20%左右。而当信号低电平使得器件深截止以后，其每-1V的增量仅使器件漏电流的崩塌程度增加8%左右。
　　漏脉冲条件下器件的漏电流大于其直流条件下的值，并且漏脉冲频率每增加十倍器件漏电流会增加8%左右，这与栅脉冲对漏电流的影响刚好相反。
　　利用模拟仿真，对器件进行了优化，发现场板结构对AlGaN/GaN HEMT的沟道电子温度和表面电场有很大的调制作用，从而可以抑制器件的电流崩塌效应。通过优化场板结构参数，器件的沟道电子温度比无场板时降低了60%，表面电场也有很大程度的下降。研究表明，对于栅漏距为2μm的器件，在漏压为8V条件下，Lfp=1μm、tox=0.04μm时，器件的沟道电子温度达到最优。当漏压为100V时，最优的Lfp和tox分别为1μm和0.5μm。
　　基于对仿真数据的分析，发现在优化沟道电子温度时，Lfp的优值与器件栅漏距之间有近似线性的关系:L fp=-+0.230.798 L GD。对于表面电场的优化，在同样的器件结构和外部条件下，其Lfp的最优值与使沟道电子温度最优的Lfp值基本相同。

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第一章 引言

1.1 GaN基器件的应用前景和研究进展

1.2 本文研究的主要内容

第二章 GaN HEMT电流崩塌机理研究

2.1 GaN HEMT工作原理

2.2 GaN HEMT电流崩塌原理

第三章 脉冲条件下GaN HEMT电流崩塌效应的测试及仿真研究

3.1 脉冲条件下GaN HEMT测试及仿真方案

3.2 栅脉冲测试及仿真

3.3 漏脉冲测试及仿真

第四章 抑制GaN HEMT电流崩塌效应的器件优化研究

4.1 减少陷阱和表面态

4.2 优化沟道电子温度和表面电场

4.3 加强沟道对电子的限制

第五章 结论

致谢

参考文献

功硕期间取得的研究成果