ganhemts器件结温测试与变温特性的研究

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1、GaNHEMTs器件结温测试与变温特性的研究作者姓名武玫导师姓名、职称郝跃教授一级学科电子科学与技术二级学科微电子学与固体电子学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年12月学校代码10701学号1211122675分类TN82号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文GaNHEMTs器件结温测试与变温特性的研究作者姓名：武玫一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：郝跃教授提交日期：2014年12月StudyonJunctionTemperatureMeasurementsandTemperatureDepende

2、ntCharacteristicsofGaNHEMTsAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicScienceandTechnologyByWumeiSupervisor:Prof.HaoyueDecember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，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中所罗列

3、的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技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。学位论文若有不实之处，本人承担一切法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得

4、学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要在高温以及微波大功率等领域的应用之中，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)具有非常广阔的发展前景，在过去几十年中引起了广泛关注。而这主要是基于GaN材料宽禁带、高击穿场强以及高饱和电子漂移速度等诸多优良的特性。虽然AlGaN/GaNHEMTs在今后具备非常大的潜力，器件的可靠性问题仍然是限制其发展的瓶颈之一。在高温领域的应用之中，AlGaN/GaNHEMTs器件显著的自热效应会使器件结温升高，材料各个参数退化，从而对器

5、件的电学特性以及可靠性产生非常严重的影响。基于上述的研究背景，本文主要从器件结温的测试建模以及工作在高温条件下的可靠性问题进行了研究。通过Silvaco软件对单栅AlGaN/GaNHEMTs器件进行二维电热耦合模型的建立，在仿真中加入晶格热传导方程以及热产生模型，从而得到栅下方焦耳热功率密度分布。以此作为热源利用ANSYS软件对稳态热传导方程进行求解，建立了器件的三维有限元模型，最终得到器件正常工作下的温度分布以及结温随耗散功率的变化关系。在此基础上，还讨论了随温度变化的热导率对仿真结果的影响，同时对于边界条件的设置也进行阐明。本文对目前存在的各类结温测试技术进行了研究，这

6、些方法大致可分为电学方法、光学方法以及物理接触法三类，它们在温度精度、空间分辨率等方面都存在着各自的优势和不足。文章采用了两种电学方法对AlGaN/GaNHEMTs器件的结温进行测试，这两种方法都是基于器件的饱和漏电流而提出的，最终对测试结果进行了详细分析，并与仿真结果相比较，证实了两种电学方法的准确性。本文还对器件的欧姆接触、肖特接触以及直流特性所受到温度变化的影响进行了系统的研究，并分析了导致特性退化的可能机制。对欧姆接触的研究表明其具有良好的热稳定性。而随着温度的升高，器件的最大饱和漏电流、最大跨导都有不同程度的退化，阈值电压也有所漂移，这主要是由于沟道中二维电子气的

7、迁移率以及面密度在高温条件下有所下降。最后，文章重点对器件肖特基接触的正向特性进行了变温测试，并通过数值拟合的方法总结了其内在的电流输运机理。分析结果表明，隧穿在室温下起主导作用，而热电子发射机制的作用随着温度的升高而更加显著。关键词：AlGaN/GaNHEMTs，热仿真，结温测试，变温特性论文类型：应用基础研究I西安电子科技大学硕士学位论文IIABSTRACTABSTRACTAlGaN/GaNHighElectronMobilityTransistors(HEMTs)havesuperbapplicationfo