高功率微波脈沖作用下AlGaN-GaN HEMTs的電-熱-應(yīng)力分析和失效機(jī)理探究.pdf

1、最近幾年，氮化鋁鎵氮化鎵高電子迀移率晶體管越來越得到研究者的青睞。此半導(dǎo)體功率器件具有卓越性能，其原因主要是其突出的材料特性優(yōu)勢，例如，在異質(zhì)節(jié)處有高濃度的二維電子氣，通道層處載流子具有高的迀移率和飽和速度，而且具有大的臨界擊穿電場。
　　本文將會(huì)展現(xiàn)具有典型場板結(jié)構(gòu)的氮化鋁鎵氮化鎵高電子迀移率晶體管的電熱應(yīng)力的結(jié)果，用于仿真計(jì)算器件電熱分布的方法是自洽的電熱仿真算法，并且用自己的程序計(jì)算器件的應(yīng)力場分布。首先，為了確定氮化鋁鎵氮

2、化鎵高電子迀移率晶體管的結(jié)構(gòu)模型和材料組成，分別用光學(xué)和掃描電子顯微鏡觀測器件截面圖片，用光譜物質(zhì)分析方法檢測結(jié)構(gòu)的物質(zhì)組成。
　　第二，用TCAD仿真軟件模擬氮化鋁鎵氮化鎵高電子迀移率晶體管異質(zhì)節(jié)處的二維電子氣模型，而且，在即使沒有摻雜的情況下，由于自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)的作用，在此處也能產(chǎn)生高濃度的二維電子氣。另外，采用溫變的低場迀移率模型、肖克萊-瑞麗-霍爾載流子生成復(fù)合模型和晶格熱模型等來計(jì)算仿真此功率器件。最后，一系列如

3、泊松方程、連續(xù)性方程、運(yùn)輸方程、晶格熱流方程等基本半導(dǎo)體方程被采用來用于參數(shù)的計(jì)算。
　　另外，利用高功率微波實(shí)驗(yàn)下測得的器件失效功率，解析地計(jì)算出了器件的失效溫度。而且，器件熱阻和熱容的計(jì)算方法以及器件通道溫度隨時(shí)間變化的趨勢都會(huì)在本文中詳細(xì)地展示。另外，以上通過解析計(jì)算得到的結(jié)果會(huì)和TCAD軟件仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比。最后，用有限元方法編寫的程序來計(jì)算器件二維模型的應(yīng)力場分布。為了深入地探究和分析導(dǎo)致器件失效的內(nèi)部因素，器件截面