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AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的测试及仿真研究

作　者: 罗大为
导　师: 杨谟华
学　校: 电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: AlGaN/GaN HEMT 电流崩塌效应脉冲测试模拟仿真
分类号: TN322.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

目前,AlGaN/GaN HEMT因其卓越的性能受到了广泛的关注,已被越来越多地应用于高频及大功率领域。但是,由于器件存在电流崩塌效应等各种因素,其性能远远低于人们的理论预测。基于实验测试和模拟仿真,本文研究了AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌效应。栅脉冲实验发现,器件漏电流随栅脉冲信号频率的增加而下降,在10、100、1k和10kHz频率下,器件漏电流的崩塌程度分别为20%、29%、46%和64%。通过改变栅脉冲信号高、低电平宽度,得到引起电流崩塌效应的陷阱和表面态俘获电子的总体时间大约在6ms左右,而总体释放时间大约为600μs。通过改变栅脉冲信号低电平大小,发现当其高于器件阈值电压时,每增加-1V会使器件漏电流的崩塌程度增加20%左右。而当信号低电平使得器件深截止以后,其每-1V的增量仅使器件漏电流的崩塌程度增加8%左右。漏脉冲条件下器件的漏电流大于其直流条件下的值,并且漏脉冲频率每增加十倍器件漏电流会增加8%左右,这与栅脉冲对漏电流的影响刚好相反。利用模拟仿真,对器件进行了优化,发现场板结构对AlGaN/GaN HEMT的沟道电子温度和表面电场有很大的调制作用,从而可以抑制器件的电流崩塌效应。通过优化场板结构参数,器件的沟道电子温度比无场板时降低了60%,表面电场也有很大程度的下降。研究表明,对于栅漏距为2μm的器件,在漏压为8V条件下,Lfp=1μm、tox=0.04μm时,器件的沟道电子温度达到最优。当漏压为100V时,最优的Lfp和tox分别为1μm和0.5μm。基于对仿真数据的分析,发现在优化沟道电子温度时,Lfp的优值与器件栅漏距之间有近似线性的关系: L fp = ? 0.23 + 0.798LGD。对于表面电场的优化,在同样的器件结构和外部条件下,其Lfp的最优值与使沟道电子温度最优的Lfp值基本相同。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
第一章引言  7-11
  1.1 GAN 基器件的应用前景和研究进展  7-10
  1.2 本文研究的主要内容  10-11
第二章 GAN HEMT 电流崩塌机理研究  11-19
  2.1 GAN HEMT 工作原理  11-17
  2.2 GAN HEMT 电流崩塌原理  17-19
第三章脉冲条件下GAN HEMT 电流崩塌效应的测试及仿真研究  19-41
  3.1 脉冲条件下GAN HEMT 测试及仿真方案  19-22
  3.2 栅脉冲测试及仿真  22-35
  3.3 漏脉冲测试及仿真  35-41
第四章抑制GAN HEMT 电流崩塌效应的器件优化研究  41-57
  4.1 减少陷阱和表面态  41-42
  4.2 优化沟道电子温度和表面电场  42-55
  4.3 加强沟道对电子的限制  55-57
第五章结论  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-62
功硕期间取得的研究成果  62-63

AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应的测试及仿真研究

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