AlGaN-GaN HEMT器件模型與熱效應研究.pdf

1、GaN作為第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿場強高、熱導率高以及電子飽和速度高等特點，廣泛應用于高溫、高頻和大功率等領域。目前國內(nèi)外已對AlGaN/GaN HEMT器件在高溫大功率領域的潛能進行了深入的發(fā)掘，但器件高溫性能退化原因尚未明朗。在此背景下，本論文通過變溫測試和三維有限元仿真的方法對器件性能退化進行了研究。
　　首先，本文介紹了GaN材料的優(yōu)勢并闡述了AlGaN/GaN HEMT器件的工作原理，同時對器件展開變溫測試

2、分析。研究表明，隨溫度從25℃上升至200℃的過程中，器件最大輸出飽和電流降幅為17％，最大跨導降幅達26.7%。對器件歐姆接觸變溫測試的結果表明，器件源漏歐姆接觸電阻并未隨溫度的升高而明顯退化，進一步分析認為，器件2DEG遷移率隨溫度的升高而下降，是導致器件性能高溫退化的主要原因。
　　其次，本文測試了AlGaN/GaN HEMT器件柵極肖特基接觸在25℃~200℃溫度范圍內(nèi)的電流電壓(I-V)特性并研究了其高溫退化原因。基于對

3、多種電流輸運機制的分析，利用分離電流分量法，研究發(fā)現(xiàn)，由多步遂穿機制引起的遂穿電流在肖特基接觸正向電流中起主導作用，同時基于遂穿位錯模型，提取到器件位錯密度為1.88×107cm-2；肖特基接觸反向泄漏電流可用Frenkel-Poole模型描述，分析發(fā)現(xiàn)AlGaN勢壘層導帶下0.27eV處存在陷阱能級，可輔助電子遂穿。通過電容電壓(C-V)測試的方法，提取了異質(zhì)結界面態(tài)密度，對器件異質(zhì)結界面處的陷阱效應進行了研究，結果表明，隨溫度的升高

4、，器件異質(zhì)結處并未產(chǎn)生新陷阱，但原有陷阱的活性得到增強，俘獲更多電子，致使器件特性退化。
　　最后，本文對多柵指大柵寬AlGaN/GaN HEMT器件進行了三維熱仿真分析，研究了器件結構參數(shù)對溝道溫度的影響，并提出了熱優(yōu)化設計流程。研究表明，襯底應選用熱導率較高的SiC材料，器件溝道溫度隨襯底厚度、柵指個數(shù)的增大近似線性增大，隨柵指間距的增大近似二階減小。本文通過對變柵指間距AlGaN/GaN HEMT結構的仿真分析，得到各柵指間