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In AlN/GaN HEMT的研制与特性分析

作　者: 梁晓祯
导　师: 杨林安
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: InAlN/GaN HEMT AlGaN/GaN HEMT 表面陷阱
分类号: TN304.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

第三代半导体材料GaN具有击穿电压高、迁移率高、电子饱和速度大等优良特点。近年来AlGaN/GaN HEMT的研究已经取得很大的进展,但应力诱导的压电问题一直是AlGaN/GaN HEMT的主要问题之一。In组分为17%的InAlN能够与GaN完全匹配,消除压电极化,提高器件的可靠性。而InAlN/GaN HEMT的研究相对较少,尤其是在国内InAlN/GaN HEMT的研究才刚起步。在此背景下,本文主要针对InAlN/GaN HEMT进行了研究。首先,本文完成了InAlN/GaN HEMT器件的研制,并测得有较好的直流和小信号特性。还对漏端的工艺进行了改进,研制出肖特基作漏端的AlGaN/GaN HEMT器件。肖特基作漏的器件在具有与常规器件相同功能的基础上,还使得击穿电压明显增大。而且,首次发现漏端肖特基的势垒高度越大,器件的击穿电压越大。其次,对自主研制的InAlN/GaN异质结的陷阱进行了研究,通过电流崩塌和钝化前后材料方块电阻的变化,发现InAlN材料表面可能存在陷阱,并且利用肖特基的电容-电压的测试方法,对InAlN/GaN的陷阱密度进行了估算,然后采用低温退火的方法使得陷阱有一定的减少。此外,还研究了不同温度下退火对器件其它特性的影响。最后,对InAlN/GaN HEMT器件的陷阱与温度的关系进行了研究,通过对肖特基的变温测试发现,肖特特表面陷阱或者势垒层陷阱随温度的升高而增多,并且这些陷阱的增多会使得器件的电流崩塌也变得严重。另外,分析了温度对器件直流特性的影响,随温度升高,二维电子气浓度变化不大,迁移率减小,材料的方阻、欧姆接触、器件的输出和转移都有不同程度的退化。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-15
  1.1 GaN材料及异质结的研究进展  9-10
    1.1.1 GaN材料的特点  9-10
    1.1.2 GaN器件的应用和AlGaN/GaN HEMT的发展  10
  1.2 InAlN HEMT的研究进展  10-12
    1.2.1 InAlN/GaN HEMT的特点  11
    1.2.2 InAlN/GaN HEMT的研究进展  11-12
    1.2.3 GaN基 HEMT的表面态  12
  1.3 本文研究内容及安排  12-15
第二章 InAlN/GaN HEMT异质结以及制作流程  15-27
  2.1 AlGaN/GaN与InAlN/GaN异质结的极化  15-18
    2.1.1 AlGaN/GaN异质结的极化  15-17
    2.1.2 InAlN/GaN异质结的极化  17-18
  2.2 InAlN/GaN HEMT的工艺制作流程  18-19
  2.3 器件漏端结构的改进  19-25
    2.3.1 肖特基作漏端的基本原理  20-21
    2.3.2 肖特基作漏端的AlGaN/GaN HEMT的基本特性  21-23
    2.3.3 肖特基作漏对击穿电压的改善  23-24
    2.3.4 肖特基作漏的器件的频率特性  24-25
  2.4 本章小结  25-27
第三章陷阱对InAlN/GaN HEMT的影响  27-39
  3.1 InAlN/GaN HEMT的基本特性  27-31
    3.1.1 InAlN/GaN HEMT的基本性能  27-28
    3.1.2 InAlN/GaN HEMT的频率性能  28
    3.1.3 InAlN/GaN HEMT的电流崩塌  28-31
  3.2 钝化对材料方块电阻的影响  31-33
    3.2.1 传输线模型测量方法  31
    3.2.2 钝化对InAlN/GaN材料方阻的影响  31-32
    3.2.3 钝化对AlGaN/GaN材料方阻的影响  32-33
  3.3 陷阱对肖特基电容-电压特性的影响  33-37
    3.3.1 CV滞后法  33-35
    3.3.2 光照对CV的影响  35-36
    3.3.3 不同频率下的CV特性  36-37
  3.4 本章小结  37-39
第四章温度对器件陷阱和其它特性的影响  39-53
  4.1 温度对InAlN/GaN肖特基特性的影响  39-41
    4.1.1 温度对肖特基CV特性以及陷阱的影响  39-40
    4.1.2 温度对肖特基I-V特性的影响  40-41
  4.2 温度对InAlN/GaN HEMT器件陷阱和特性的影响  41-46
    4.2.1 温度对材料方阻和欧姆接触的影响  42-43
    4.2.2 温度对器件直流特性的影响  43-45
    4.2.3 温度对陷阱和电流崩塌的影响  45-46
  4.3 低温退火对InAlN/GaN HEMT器件性能的改善  46-51
    4.3.1 同一器件不同温度点的退火  46-49
    4.3.2 不同器件不同温度点的退火  49-50
    4.3.3 低温退火对器件其它性能的影响  50-51
  4.4 本章小结  51-53
第五章结束语  53-55
致谢  55-57
参考文献  57-61
论文期间研究成果  61-62

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