一种新型gan功率开关器件(git)中子辐照效应研究

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1、万方数据摘要摘要GaN功率开关器件因为其耐高温、耐高压、高功率容量和高频的特点在未来商用和军用市场有着巨大的应用潜力。增强型技术是当前研究GaN功率开关器件的热点内容之一。然而，当前国内外针对GaN增强型HEMT开展的辐照效应研究较少。根据器件工作机理分析，位移损伤是可能导致GaN增强型HEMT性能退化的主要因素。因此，开展增强型GaN功率开关器件中子辐照效应研究，对于评估GaN基功率开关器件在强辐射环境中的可靠应用具有重要意义。本文针对当前一种新型增强型GaN功率开关器件——栅注入晶体管(GIT)，采用仿真

2、和实验相结合的方法对其中子位移损伤效应和退化规律进行了研究。首先，利用Gent4计算了不同注量中子辐照下在器件中产生的位移缺陷密度；然后，采用SILVACO软件模拟了该器件的基本结构和主要特性，并通过在器件模型中嵌入陷阱的方法，分析了位移缺陷对器件性能的影响；最后，在反应堆中子环境下，对样品器件开展了1MeV中子的辐照实验，实验结果在一定程度上与仿真结果吻合。论文研究结果表明，与传统耗尽型GaNHEMT相比，GIT因为其特殊的结构，其位移损伤机理和中子辐照效应均有所不同。研究发现，当中子辐照注量达到1.6×1

3、4-210cm时，器件产生的主要效应包括饱和漏电流的下降(其产生的主要原因是器件沟15-2道迁移率的退化)和关态漏极漏电流的增加；而当中子注量高达1.5×10cm时，除了出现上述的退化外，器件的阈值电压还发生了微弱的负向漂移。该器件阈值电压主要同沟道2DEG密度和p型栅的有效掺杂浓度有关，实验结果产生了负向漂移表明中子辐照产生的多数载流子去除效应对p型栅的影响占主导作用；此外，通过实验发现器件的关态栅漏电流始终没有发生明显变化。本文研究工作为GaN功率开关器件位移损伤效应研究和加固技术研究提供参考。关键词：G

4、aN，增强型，栅注入器件，中子，位移损伤效应，电导调制效应I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRACTABSTRACTGaNpowerswitcheshaveshowngreatpotentialincommercialandmilitaryapplicationswiththeirhightemperatureresistance,highbreakdownvoltage,highpowercapacityandhighfrequency.Normally-offtechnologyi

5、soneofattractivetopicsinGaNpowerswitchresearchingfield.Nevertheless,fewresearchconcerningradiationeffectsonnormally-offGaNHEMTshasappearedinpublishedpapers.Analysisbasedonphysicalmechanismofthetransistorimpliedthatdisplacementdamagemaybetheprimaryfactorlead

6、todegradationofnormally-offHEMT.Therefore,conductingresearchontheneutronirradiationeffectofGaNpowerswitchingdevicesisofgreatsignificanceforevaluatingthereliabilityofGaN-basedpowerdevicesusedinintenseradiationenvironment.Inthisthesis,neutronradiationdisplace

7、mentdamageeffectsanddegradationrulesforanovelnormally-offGaNpowerswitch----gateinjectiontransistors(GIT)wasstudiedbymeansofcombiningsimulationsandexperiments.Atfirst,thedensityofdefectsproducedbyneutronswithdifferentfluxesinthetransistorwascalculatedwithGen

8、t4.Secondly,anumericalstructuralmodelandbasiccharacteristicofGITweredevelopedwithSilvacoAtlasmodule,andpotentialdisplacementeffectswereanalyzedbyembeddingtrapsinthemodel.Finally,theexperimentstoinvesti