GaNHEMTs器件結(jié)溫測試與變溫特性的研究.pdf

1、在高溫以及微波大功率等領(lǐng)域的應(yīng)用之中，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMTs)具有非常廣闊的發(fā)展前景，在過去幾十年中引起了廣泛關(guān)注。而這主要是基于GaN材料寬禁帶、高擊穿場強以及高飽和電子漂移速度等諸多優(yōu)良的特性。雖然AlGaN/GaN HEMTs在今后具備非常大的潛力，器件的可靠性問題仍然是限制其發(fā)展的瓶頸之一。在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用之中，AlGaN/GaN HEMTs器件顯著的自熱效應(yīng)會使器件結(jié)溫升高，材料各個參數(shù)退化，從而對器

2、件的電學特性以及可靠性產(chǎn)生非常嚴重的影響。
　　基于上述的研究背景，本文主要從器件結(jié)溫的測試建模以及工作在高溫條件下的可靠性問題進行了研究。通過Silvaco軟件對單柵AlGaN/GaN HEMTs器件進行二維電熱耦合模型的建立，在仿真中加入晶格熱傳導(dǎo)方程以及熱產(chǎn)生模型，從而得到柵下方焦耳熱功率密度分布。以此作為熱源利用ANSYS軟件對穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程進行求解，建立了器件的三維有限元模型，最終得到器件正常工作下的溫度分布以及結(jié)溫隨耗

3、散功率的變化關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，還討論了隨溫度變化的熱導(dǎo)率對仿真結(jié)果的影響，同時對于邊界條件的設(shè)置也進行闡明。
　　本文對目前存在的各類結(jié)溫測試技術(shù)進行了研究，這些方法大致可分為電學方法、光學方法以及物理接觸法三類，它們在溫度精度、空間分辨率等方面都存在著各自的優(yōu)勢和不足。文章采用了兩種電學方法對AlGaN/GaN HEMTs器件的結(jié)溫進行測試，這兩種方法都是基于器件的飽和漏電流而提出的，最終對測試結(jié)果進行了詳細分析，并與仿真結(jié)果相

4、比較，證實了兩種電學方法的準確性。
　　本文還對器件的歐姆接觸、肖特接觸以及直流特性所受到溫度變化的影響進行了系統(tǒng)的研究，并分析了導(dǎo)致特性退化的可能機制。對歐姆接觸的研究表明其具有良好的熱穩(wěn)定性。而隨著溫度的升高，器件的最大飽和漏電流、最大跨導(dǎo)都有不同程度的退化，閾值電壓也有所漂移，這主要是由于溝道中二維電子氣的遷移率以及面密度在高溫條件下有所下降。最后，文章重點對器件肖特基接觸的正向特性進行了變溫測試，并通過數(shù)值擬合的方法總結(jié)了