凹槽栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件特性研究

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本文重点研究了凹槽栅AlGaN/GaN MOS HEMT的电流-电压特性和电容-电压特性，以及对其界面态等进行了分析。
　　首先，利用Silvaco TCAD半导体器件和工艺仿真工具，设计凹槽栅MOS HEMT的结构，并通过逐步仿真，确定了槽栅MOS HEMT的具体结构参数和陷阱掺杂，从而实现了增强型器件的仿真结果，并与常规器件进行了特性的对比仿真和分析。
　　其次，利用Keithley4200scs精密半导体分析仪，对槽栅MOS HEMT和常规器件进行基本特性的测试和分析，发现凹槽栅MOS HEMT的输出电流比常规HEMT更大，对栅极的刻蚀有利于阈值电压正向漂移，前者具有更好的栅泄漏电流的抑制能力，但跨导相对常规HEMT更小，发现随着MOS HEMT的栅极刻蚀深度的增加，器件的亚阈值特性、输出特性增强。并大致估算出不同刻蚀深度MOS HEMT的Al2O3/AlGaN界面态密度。
　　然后，通过独立的沟道热电子注入和栅极电子注入应力实验和分析，发现在栅极电子注入条件下，强电场下的栅极电子也能进入沟道，影响二维电子气的密度。提出了栅介质/势垒层间界面陷阱俘获来自沟道的热电子或者栅极注入的电子形成负电荷层而导致的退化机理。并利用新建立的沟道热电子注入和栅极电子注入两种退化模型，解释了凹槽栅MOS HEMT在开态和关态应力下的退化现象。
　　利用电导法，根据MOS HEMT的结构特点，分析了器件的AlGaN/GaN界面态信息，发现和常规 HEMT相比，刻蚀后的电容内部起作用的陷阱不止一种，这是后者的Al2O3/AlGaN间界面陷阱作用导致的。分析不同刻蚀深度MOS HEMT电容的异质结界面态，发现刻蚀深度越大，界面态密度有增大的趋势，但陷阱能级并没有发生明显变化，说明并没有引入其他级别的陷阱。
　　最后，通过直流栅电压应力实验，分析应力前后MOS HEMT电容界面态的变化，发现正栅压应力后，电容界面陷阱密度下降是因为部分陷阱能级变浅，而负栅压应力后的界面陷阱密度下降则是因为部分陷阱能级加深造成的，但所有陷阱都仍是微秒级别的快态陷阱。

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作者
何文龙;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名曹艳荣;
年度 2015
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类金属-氧化物-半导体（MOS）器件;
关键词
凹槽栅; MOS HEMT器件; 热电子注入; 界面态; 栅极刻蚀; 负栅压应力实验;

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