增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件特性研究.pdf

1、氮化鎵基器件由于出色的性能，被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛的研究。增強(qiáng)型氮化鎵器件在開關(guān)和數(shù)字電路領(lǐng)域也因具有較大的應(yīng)用前景而被大量研究。背勢壘結(jié)構(gòu)能夠提高二維電子氣的限域性，氟處理是一種常用的實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型技術(shù)，然而國內(nèi)外很少學(xué)者研究氟處理背勢壘結(jié)構(gòu)器件，因此氟處理和背勢壘相結(jié)合實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件具有非常好的研究價(jià)值。本文從理論模擬和實(shí)驗(yàn)制作上研究了低損傷的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件，研究內(nèi)容包括以下幾個方面：
　?。?）通過模擬仿真，得到了結(jié)合氟注入的

2、三種不同GaN溝道厚度雙異質(zhì)結(jié)器件（15nm，30nm，60nm），其閾值電壓均大于0V。本文首先模擬仿真了常規(guī)單異質(zhì)結(jié)器件和雙異質(zhì)結(jié)器件特性，發(fā)現(xiàn)雙異質(zhì)結(jié)器件具有較小的二維電子氣濃度。仿真不同GaN溝道層厚度的雙異質(zhì)結(jié)器件，發(fā)現(xiàn)閾值電壓隨著溝道層的厚度的增加而越來越負(fù)，跨導(dǎo)隨著溝道層的厚度的增加而越來越大。仿真了常規(guī)氟功率和較低氟功率分別處理單異質(zhì)結(jié)和雙異質(zhì)結(jié)器件，采用較低氟處理功率對三種不同GaN溝道厚度的雙異質(zhì)結(jié)器件進(jìn)行處理，均得

3、到了閾值電壓大于0V的效果。
　?。?）通過實(shí)驗(yàn)，成功制作了三種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件（14nm，28nm，60nm），且退火后保持較大的閾值電壓。我們使用135W氟處理功率對三種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件（14nm，28nm，60nm）進(jìn)行處理，退火前它們的閾值電壓能達(dá)到1.1V、0.8V和0.3V，它們的峰值跨導(dǎo)分別達(dá)到110mS/mm、146mS/mm、198mS/mm。為了進(jìn)一步提高器件的性能，我們對其

4、進(jìn)行退火處理。由于135W氟處理功率對器件的損傷較小，退火之后兩種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件（14nm、28nm）的閾值電壓分別達(dá)到0.7V、0.4V，它們的峰值跨導(dǎo)分別達(dá)到161mS/mm、198mS/mm。在肖特基特性方面，我們發(fā)現(xiàn)，在隧穿機(jī)制的影響下，柵反向電流隨著GaN溝道層厚度增加而增加。
　?。?）通過實(shí)驗(yàn)，分析了雙異質(zhì)結(jié)器件的變溫特性。我們對器件進(jìn)行從20度到270度的在片變溫測試。在直流特性方面，當(dāng)溫度從2

5、0度上升到70度時，器件的直流特性性能非常穩(wěn)定，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時，由于氟離子的移動，閾值電壓逐漸負(fù)向移動；在肖特基特性方面，在不同的溫度區(qū)間由不同的電流輸運(yùn)機(jī)制控制。對于反向肖特基電流，在隧穿機(jī)制和碰撞機(jī)制的共同作用下，肖特基反向電流先增大后減小。對于正向肖特基電流，在隧穿機(jī)制和熱電子發(fā)射機(jī)制共同作用下，肖特基正向電流亦是先增大后減小；在DIBL特性方面，常溫下14nm GaN溝道雙異質(zhì)結(jié)器件具有非常好的限域性，其DIBL特性值僅為16