基于场板和背势垒技术的AlGaN/GaN HEMT耐压结构研究

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第三代宽禁带半导体材料氮化镓与传统的硅和砷化镓材料相比，具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速度高等优势，因此非常适合高频大功率应用。近年来AlGaN/GaN HEMT器件由于其在高温高频大功率等方面的应用前景而引起了广泛的关注，但目前AlGaN/GaN HEMT器件的击穿电压远低于其理论极限。
　　针对AlGaN/GaN HEMT器件的击穿电压远低于其理论极限的问题，利用典型材料参数和器件结构在对AlGaN/GaN HEMT器件进行合理物理建模的基础上研究了栅场板、源场板以及背势垒结构对器件击穿特性的影响。研究结果表明：
　　随着栅场板长度的增大，器件的击穿电压先增大然后基本保持不变。当场板长度从0增大到2μm时，器件的击穿电压从72V增大到了360V，再继续增大场板长度已经不能明显提高器件的击穿电压。随着栅场板下钝化层厚度的增大，器件的击穿电压先增大然后迅速下降。当钝化层厚度从50nm增大到200nm时，器件的击穿电压从360V增大到768V，再继续增大钝化层厚度击穿电压下降。对栅双场板器件，随着第一场板和第二场板间距的增大，器件的击穿电压不断下降。
　　随着源端场板长度的增大，器件的击穿电压先增大然后开始下降。当场板长度从0增大到1.5μm时，器件的击穿电压从86V增大到955V，击穿电压达到最大值，再继续增大场板长度器件的击穿电压将会下降。
　　AlxGa1-xN背势垒降低了二维电子气面密度和缓冲层中的背景载流子浓度。随着AlxGa1-xN背势垒中Al组分的提高，器件的饱和电流下降，导通电阻明显增大，但器件的夹断特性得到明显改善。AlxGa1-xN背势垒使器件沟道内的横向电场分布更加平缓，从而提高器件的击穿电压，当AlxGa1-xN背势垒Al组分为0.1时，器件的击穿电压从无背势垒时的149V增大到了1035V，但由于导通电阻的增大，器件的优值FOM在AlxGa1-xN背势垒Al为0.05附近存在最优值0.84GW/cm2。另外，随着AlxGa1-xN背势垒中Al组分的提高，虽然器件的栅漏电容Cgd、栅源电容Cgs和栅总电容Cg不断减小，但由于器件导通电阻的增大和跨导的下降，器件的电流增益截止频率（fT）和最高振荡频率（fmax）不断下降。无背势垒时，器件的 fT和fmax分别为13.2GHz和46.8GHz，当AlxGa1-xN背势垒Al组分为0.1时，器件的fT和fmax分别为9.8GHz和28.6GHz。

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作者
郭涵;
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作者单位

电子科技大学;

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授予单位电子科技大学;
学科材料科学与工程
授予学位硕士
导师姓名唐武;
年度 2013
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类结型场效应晶体管;
关键词
HEMT器件; 耐压结构; 背势垒; 场板长度; 氮化镓;

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