研究了氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的温度特性, 分析了自热效应造成GaN HEMT的电流崩塌现象。提出了一种图形化衬底技术来降低器件温度。在缓冲层与衬底界面设置与缓冲层同材料的梯形微阱, 在势垒层与钝化层界面设置无掺杂和低Al组分的AlGaN矩形微阱。结果表明, 与无微阱结构器件相比, 新型有微阱结构器件的温度峰值降低了18.148 K, 电流崩塌效应改善比值达20.64%。
自热效应 电流崩塌 微阱 GaN HEMT GaN HEMT self-heating effect current collapse micropit
1 河北省激光研究所, 石家庄 050081
2 河北普莱斯曼金刚石科技有限公司, 石家庄 050081
3 南京电子器件研究所, 微波毫米波单片和模块电路重点实验室, 南京 210016
4 南京大学电子科学与工程学院, 南京 210093
采用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术, 通过改变气源中的氮含量, 得到不同结晶质量的单晶金刚石, 通过激光切割以及抛光控制样品尺寸为5 mm×5 mm×0.5 mm, 然后对样品进行表面氢化处理并研制了金刚石射频器件, 系统研究了氮含量对金刚石材料晶体质量和金刚石射频器件性能的影响。随着氮含量的增加, 虽然单晶金刚石生长速率有所增加, 但是其拉曼半峰全宽(FWHM)、XRD摇摆曲线半峰全宽也逐渐增加, 光致发光光谱中对应的NV缺陷逐渐增多, 晶体结晶质量逐渐变差, 不仅导致沟道载流子的迁移率出现退化, 而且也使金刚石射频器件出现了严重的电流崩塌和性能退化问题。通过降低氮浓度, 提升材料的结晶质量, 沟道载流子迁移率得到显著提升, 金刚石射频器件的电流崩塌得到有效抑制, 电流增益截止频率fT和功率增益截止频率fmax分别从17 GHz和22 GHz大幅度提升至32 GHz和53 GHz。
氮含量 微波等离子体化学气相沉积 晶体质量 氢终端金刚石 沟道载流子迁移率 电流崩塌 金刚石射频器件 频率特性 nitrogen content MPCVD crystalline quality hydrogen-terminal diamond channel carrier mobility current collapse diandimond RF transistor frequency performance
1 北京工业大学信息学部 光电子技术省部共建教育部重点实验室, 北京 100124
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
研究不同界面处理对AlGaN/GaN 金属-绝缘层-半导体(MIS)结构的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件性能的影响。采用N2和NH3等离子体对器件界面预处理, 实验结果表明,N2等离子体预处理能够减小器件的电流崩塌, 通过对N2等离子体预处理的时间优化, 发现预处理时间10 min能够较好地提高器件的动态特性, 30 min时动态性能下降。进一步引入AlN作为栅介质插入层并经过高温热退火后能够有效提高器件的动态性能, 将器件的阈值回滞从411 mV减小至111 mV, 动态测试表明, 在900 V关态应力下, 器件的电流崩塌因子从42.04减小至4.76。
电流崩塌 AlN栅介质插入层 界面处理 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 current collapse AlN gate dielectric insertion layer interface treatment AlGaN/GaN high electron mobility transistors
