gan hemt器件测试与仿真研究

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1、中文图书分类号：TN385密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：GaNHEMT器件测试与仿真研究论文作者：陈艳芳学科：电子科学与技术指导教师：郭伟玲教授论文提交日期:2017年4月UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN385学号：S201402022密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：GaNHEMT器件测试与仿真研究英文题目：THERESEARCHONTESTANDSIMULATIONOFGANHEMTDEVICES论

2、文作者：陈艳芳学科专业：电子科学与技术研究方向：半导体器件申请学位：工学硕士指导教师：郭伟玲教授所在单位：信息学部微电子学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：陈艳芳日

3、期：2017年05月22日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：陈艳芳日期：2017年05月22日导师签名：郭伟玲日期：2017年05月22日摘要摘要21世纪以来，GaN基高电子迁移率晶体管（HEMTs）因其突出的耐高温、高频率、高功率密度性能优势在微波通信、雷达等领域得到日益广泛的应用。尽管器件的

4、性能不断提高，但是GaNHEMT器件的退化、失效等可靠性问题仍是限制其发展的关键因素。对器件热特性、电学特性的退化和其失效机制的深入探究仍是当前研究的热点。本论文通过仿真和实验相结合的方法，针对GaNHEMT的热特性、缺陷问题、失效分析进行了研究与探讨。本论文是在863计划项目（编号2015AA033304和编号2015AA033305）的支持下完成的，主要研究内容如下：(1)针对GaNHEMT器件容易自激振荡的问题，设计了防自激测试保护电路。研究了温度对GaNHEMT器件直流特性、肖特基接触和源/漏串联

5、电阻的影响，并分析了可能的影响机制；利用电学法和红外法对GaNHEMT进行了热阻测试分析，对比分析了器件在不同测试电流对器件热阻值的影响，并分析了在相同功率不同工作电压下的热阻值，结果表明结温在高电压下更高。(2)利用Silvaco-ATLAS半导体器件仿真软件对GaNHEMT器件的热特性和缺陷问题进行了分析和研究，仿真模型中考虑了陷阱效应和晶格热运动对GaNHEMT性能的影响，模拟了GaNHEMT器件的自热效应和晶格热分布，并分析了晶格热分布与电场分布之间的关系；研究了Si3N4/AlGaN界面缺陷、A

6、lGaN层体缺陷和GaN层体缺陷对器件输出特性的影响，并进一步分析了体缺陷浓度和缺陷能级变化对器件输出特性的影响。(3)就失效原因中较多的电应力失效，设计了一种针对GaNHEMT器件的失效分析方法，并给出了详细的案例分析。该方法遵循电、光、热互补检测流程，可定位失效点，分析出器件的失效模式与失效机理。依据此方法，对工作电压为28V、栅宽为1.25mm的四插指GaNHEMT器件进行了失效分析，确定了两处失效位置，并综合图像和数据分析出了失效模式和失效机理。根据失效机理提出了GaNHEMT在设计和工艺等方面的

7、优化措施。关键词：GaNHEMT热特性缺陷仿真失效分析-I-AbstractAbstractSincetwenty-firstcentury,GaN-basedhighelectronmobilitytransistor(HEMT)iswidelyusedinmicrowavecommunication,radarandotherfieldsforitshighthermalconductance,highfrequency,andhighpowerdensity.Althoughtheperforman

8、ceofthedevicehasbeenimproved,thereliabilityofdegradationandfailureofGaNHEMTsisstillakeyfactorthatlimitsthedevelopment.Researchesonthermalcharacteristics,thedegradationandfailuremechanismofelectricalperformanceofthis