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《场板结构AlGaN_GaNHEMT的电流崩塌机理.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第57卷第1期2008年1月物理学报Vol.57,No.1,January,2008100023290P2008P57(01)P0467205ACTAPHYSICASINICAn2008Chin.Phys.Soc.3场板结构AlGaNPGaNHEMT的电流崩塌机理•魏巍林若兵冯倩郝跃(西安电子科技大学微电子学院,宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071)(2007年4月28日收到;2007年6月6日收到修改稿)在不同的漏偏压下,研究了钝化和不同场板尺寸AlGaNPGaNHEMT对电流崩塌的抑制能力.实验结果表明,钝化器件对电流崩塌的抑制能力随着漏偏
2、压的升高而显著下降;在高漏偏压下,场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响,而合适尺寸的场板结构在各个漏偏压下都能够很好的抑制电流崩塌.深入分析发现,场板结构不仅能够抑制虚栅的充电过程,而且提供了放电途径,有利于虚栅的放电,从而抑制电流崩塌.在此基础上,通过建立场板介质对虚栅放电的模型,解释了高漏偏压下场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响的原因.关键词:AlGaNPGaNHEMT,场板,电流崩塌PACC:7280E,7340Q且场板在工艺中容易实现,所以这些年来成为半导11引言体领域研究的重点之一.关于场板结构对电流崩塌的抑制机理,不同的AlGaNPGaN异质
3、结2DEG出色的电流处理能力研究者往往得出不同的结论,因此还有待于研究.研使得AlGaNPGaN异质结材料成为制造高频大功率究表明:仅仅依靠降低电场峰值和栅泄漏电流并不器件的理想选择.在蓝宝石衬底上,目前AlGaNPGaN能完全消除电流崩塌.MOSFET栅泄漏电流比HEMT[1][5]HEMT器件最大饱和电流为1130mAPmm,截止频低几个量级,相同情况下两者崩塌程度却相近.[6]率fT可达到107GHz,最大振荡频率fmax可达到151Adivaranhan等报道了FP下淀积绝缘性很高的介[2]GHz.AlGaNPGaNHEMT所具有的极好高频大功率质时并不能
4、去除崩塌效应,认为FP抑制崩塌的能特性大大地增强了GaN微波功率器件研究和应用力与FP下介质层的电导能力有关,具有弱导电性前景.尽管AlGaNPGaNHEMT器件在微波大功率特介质的FP器件能够很好的抑制崩塌效应.这说明,性方面取得很大的进步,但是仍然存在两个问题严除了低电场峰值,场板结构还有其他抑制电流崩塌重阻碍了其在微波大信号领域的发展,一个是电流的途径.有研究者指出,FP下淀积的介质层能为表崩塌,一个是击穿电压.电流崩塌分为漏延迟和栅延面态提供一个放电途径,从而极大提高了高功率器[7]迟两类,前者同GaN缓冲层和势垒层中的陷阱有件的特性、.[3]关,随着工艺
5、的改进,其影响越来越小;后者由势本文重点研究FPAlGaNPGaNHEMT对栅延迟[4]垒层表面态引起,直接与异质结表面的极化电荷电流崩塌的改善作用.在不同漏偏电压下,运用“返和能带结构相关联,是目前研究的焦点.为了抑制电回电流”方法对钝化器件和不同场板尺寸器件抑制流崩塌,通常采用在器件栅漏之间淀积钝化层的方电流崩塌的能力进行考察.深入分析了场板结构抑法,但会降低击穿电压.采用场板(FP)结构能大幅制电流崩塌的机理,并建立了场板介质对虚栅的放度提高器件的击穿电压,并且抑制电流崩塌效应,从电模型,该理论对特定漏偏压下场板尺寸的设计提而提高了器件功率密度、功率附加效率
6、和相关增益,供了一个参考.3国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:51327020301,2002CB311904)资助的课题.•E2mail:imposingwei@sohu.com468物理学报57卷21器件结构与工艺实验中AlGaNPGaN异质结材料样片是MOCVD制备的.衬底为(0001)面单面抛光蓝宝石.先在520℃下生长厚度约为30nm的GaN成核层,接着在高温下依次生长厚度约为1μm的GaN缓冲层,8nm厚的未掺杂AlGaN层以及16nm厚的Si掺杂AlGaN1818-3层,其中Si掺杂浓度为110×10—210×10cm.测量得到的AlG
7、aN层的Al组分为27%,Hall效应测量显示室温下该材料的方块电阻为350ΩP□,电子213迁移率为166cmPVs,电子面密度为1167×10图1场板AlGaNPGaNHEMT结构图-2cm.在台面隔离之后,用电子束蒸发作欧姆接触,TiPAlPNiPAu(20P120P55P45nm),再在N2气氛下进行快流”,假设在相同漏偏压的稳态DC偏置下,VG=0速热退火(二次退火,830℃,30s;200℃,10s),再做时源漏电流为ID0,这里,我们定义返回电流和ID0的上NiPAu(20P200nm)作栅极.电子束蒸发SiO2比值为崩塌因子Q,显然,没有电流崩塌效
8、应的器(1
