高κ疊柵AlGaN-GaN MOS-HEMT器件特性研究.pdf

1、GaN基HEMT器件相比前兩代半導體材料具有大的禁帶寬度、高的擊穿電場、高電子遷移率等優(yōu)勢，在高溫、高頻大功率應用領域展現出了極大的潛力，成為了近年半導體領域研究的熱點。但AlGaN/GaN HEMT器件仍存在諸如柵泄漏電流大、電流崩塌及擊穿特性不理想等問題，制約了其商業(yè)化進程。
　　為減小柵泄漏電流，MOS結構被引入到HEMT器件中。隨著器件特征尺寸不斷縮小，柵氧化層厚度的減小引起的量子隧穿效應已經不能忽略，導致柵泄漏電流急劇增

2、大，通過采用高κ材料作為柵介質的GaN HMET器件具有很好的高頻特性，并能減小柵泄漏電流，成為了近年發(fā)展的趨勢。
　　本文的研究課題為高κ疊柵AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的設計和性能優(yōu)化。基于ISE-TCD仿真平臺建立的的器件模型，對AlGaN/GaN MOS-HEMT器件的性能優(yōu)化和耐壓特性兩方面內容展開研究，主要研究結果如下：
　　1.首先研究了引入MOS結構對AlGaN/GaN HEMT器件性能的影響，并

3、分析了不同柵介質厚度和高κ疊柵結構對器件性能的影響。結果表明，MOS結構可以減小傳統(tǒng)肖特基柵低導通電壓引起的大柵極泄漏電流，但是柵控能力出現了下降，而減小氧化層厚度能夠提高器件的跨導、柵控能力，并改善閾值電壓負漂程度；高κ疊柵結構可以進一步提高柵極調制能力，使器件獲得更大的跨導，改善器件的頻率特性。
　　2.研究了高κ疊柵AlGaN/GaN HEMT器件的擊穿特性，結果表明高κ疊柵結構能改善器件的擊穿特性。基于高κ疊柵HEMT分析

4、了不同物理參數對器件擊穿特性的影響：柵漏間距的增大可以逐漸展寬電場峰值，提高器件的擊穿電壓；溝道Al組分的摻雜能夠提高電子溝道的禁帶寬度，因此改善了器件擊穿特性；而陷阱電荷的存在會在漏極產生電場峰值，削弱柵邊緣電場峰值，最終會導致漏極處先發(fā)生擊穿。
　　3.通過在高κ疊柵HEMT上添加場板來改善器件擊穿特性，并對場板的參數進行了優(yōu)化設計，確定了器件擊穿電壓達到最大時最優(yōu)的場板長度和鈍化層厚度；在此基礎上，研究了雙層柵源復合場板結構