AlGaN-GaN FP-HEMTs的制造與研究.pdf

1、GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）器件已經(jīng)表現(xiàn)出了出色的微波功率性能，A1GaN/GaNHEMT器件被認(rèn)為是1—50GHz頻率范圍內(nèi)理想的微波功率器件。但是，仍然存在兩個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了其在微波大信號(hào)領(lǐng)域的發(fā)展，一個(gè)電流崩塌，一個(gè)是擊穿電壓。 本文即在此背景下對(duì)GaNHEMT器件采用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)對(duì)器件造成的一系列影響進(jìn)行了研究，同時(shí)鑒于利用鈍化工藝來(lái)抑制電流崩塌會(huì)引起器件擊穿電壓的下降，研究并得出了采用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)能夠有效地抑制電流崩塌

2、。主要研究結(jié)果如下： 1、研究了場(chǎng)板提高擊穿電壓的機(jī)理。 研究并說(shuō)明了采用場(chǎng)板能夠調(diào)制電場(chǎng)在近漏端柵邊緣的分布并減小電場(chǎng)強(qiáng)度峰值，從而提高器件擊穿電壓的機(jī)理，同時(shí)說(shuō)明了影響擊穿電壓最重要的三個(gè)尺寸參數(shù)與兩個(gè)材料參數(shù)。 2、成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)GaN基HEMT器件與FP—HEMT器件的仿真并給出對(duì)比分析。 利用ATLAS軟件對(duì)GaN基HEMT器件與FP—HEMT器件進(jìn)行了仿真對(duì)比，研究并分析了二者在Ⅰ—Ⅴ特性，頻率

3、特性上的區(qū)別，說(shuō)明了采用場(chǎng)板后在上述兩方面有略微的下降；研究并分析了有場(chǎng)板與無(wú)場(chǎng)板時(shí)HEMT器件的電場(chǎng)分布，說(shuō)明了采用場(chǎng)板后，的確能調(diào)制近漏端柵邊緣的電場(chǎng)分布并在場(chǎng)板邊緣處出現(xiàn)一個(gè)新的峰值從而降低了最大峰值；研究并分析了鈍化層厚度對(duì)電場(chǎng)分布的影響，說(shuō)明存在一個(gè)最佳值使得電場(chǎng)峰值最小。 3、研究了GaNHEMT器件發(fā)生擊穿的區(qū)域 通過(guò)ATLAS軟件對(duì)GaNHEMT器件在不同區(qū)域的電場(chǎng)分布進(jìn)行了模擬對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在A1GaN/G

4、aN界面處的電場(chǎng)峰值最大，并從理論上解釋了GaNHEMT器件發(fā)生擊穿區(qū)域出現(xiàn)在A1GaN/GaN界面處的原因。 4、研究了不同擊穿電壓的測(cè)量方法。 通過(guò)研究并對(duì)比了不同擊穿電壓的測(cè)量方法，例如圖際上最流行，最簡(jiǎn)單的二端法，最接近擊穿機(jī)理的硬擊穿法等。說(shuō)明了三端法中的DCIT方法是比較好的一種方法，因?yàn)榧饶軌虮苊舛朔ㄋ嬖诘谋锥?，又能兼顧?shí)際的器件工作狀態(tài)，還能夠保護(hù)器件，不燒毀器件。 5、成功制造出了高性能的A

5、1GaNFP—HEMT器件，并對(duì)其進(jìn)行了深入的分析與研究。 對(duì)藍(lán)寶石襯底的A1GaN/GaNFP—HEMT器件和同一基片上制作的常規(guī)HEMT器件的直流特性進(jìn)行了測(cè)量對(duì)比分析，表明了最大飽和電流密度與跨導(dǎo)有一定的下降，并與模擬仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，說(shuō)明了二者有較好的符合。 通過(guò)對(duì)比了常規(guī)HEMT器件，鈍化后HEMT器件以及FP—HEMT器件的擊穿電壓與同一條件下的電流崩塌情況，說(shuō)明了采用場(chǎng)板結(jié)構(gòu)能很好的解決GaN基HEMT器