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《GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第11期半导体学报Vol.26No.112005年11月CHINESEJOURNALOFSEMICONDUCTORSNov.,2005GaNHFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型薛舫时(南京电子器件研究所,南京210016)摘要:研究了GaNHFET中沟道热电子隧穿到表面态及表面态电子跃迁到表面导带两种跃迁过程及其激活能.从沟道热电子隧穿过程出发,提出了新的电流崩塌微观模型.用该微观模型解释了光离化谱、DLTS、瞬态电流及电流崩塌等各类实验现象.研究了各种异质结构的不同电流崩塌特性,在此基础上讨论了
2、无电流崩塌器件的优化设计.关键词:电流崩塌;瞬态电流;热电子隧穿;GaNHFETEEACC:2560S;2520D;2550E中图分类号:TN386文献标识码:A文章编号:025324177(2005)1122143206[10]esso等人则认为表面能级是价带顶上013eV的1引言空穴陷阱,与前面所述表面能级矛盾.如果表面能级真的离带边这样近,只要用红外光照射就能使电流大功率GaNHFET中的电流崩塌严重影响了恢复,而这同实验结果相违背.器件的生产和应用,成为器件开发中的一个瓶颈.它许多研究者认为栅电
3、极上的电子注入势垒层后[3]分为漏延迟和栅延迟两类,前者同GaN缓冲层和势通过有耗介质传输到虚栅.虚栅的充放电过程仅[1]垒层中的陷阱有关,随着外延工艺的改进,材料缺决定于栅2漏间的电势差,同异质结构和沟道状态无[11]陷密度逐渐降低,其影响已越来越小;后者由势垒层关.然而,实验发现,只有加负栅电压使沟道夹断[2]的表面能级引起,直接与异质结表面的极化电荷后才有显著的电流崩塌,而且不同异质结构制成的和能带结构相关联,是目前的研究焦点.器件有各不相同的电流崩塌行为,这些都难以用有[3][12]Daumil
4、ler等人指出在栅2漏电极间隙势垒层效介质传输模型来解释.Koley等人测得表面势表面积累电子形成一个虚栅.虚栅电场降低了下面垒宽度达微米量级,电子很难隧穿通过这样宽的势沟道中二维电子气的浓度,减少了漏电流.无栅器件垒.实验中也没有发现电流崩塌同栅电流的关联.[4][13]在不太高的电压下电流就趋于饱和,证实了虚栅Tarakji等人指出,MOSHFET的栅电流比的存在.目前虚栅已被广泛地用来描述栅外势垒上HFET小4～6个数量级,而两者的电流崩塌特性的表面状态和解释器件的电流崩塌行为,关键要研相近,说明
5、栅流不是产生电流崩塌的主要原因.究虚栅上电子的充、放电过程.本文提出了GaN异质结表面极化电荷诱生的[5～7][14]光离化谱和DLTS测量发现了导带底以下二维表面态模型,计算的能级同光离化谱和[8,9]1～2eV的表面能级.常规理论认为高能热电子DLTS实验测量值相符,比沟道子带约高013～必须跨越势垒达到表面,再同表面态交换电子.但014eV.二维表面态具有和沟道电子气相当的态密是,电子跨越这样高势垒的几率很小,而且表面态同度和子带结构.当沟道电子被强电场加速跃迁到同导带间的大能量差,不能说明弛豫时
6、间在微秒至毫表面态持平的激发态子带时,热电子就能隧穿到表秒量级的电流崩塌.由器件瞬态电流测量发现,漏电面态,使虚栅充电,产生电流崩塌.沟道子带同表面流的激活能在013～014eV之间,因此Hasegawa等能级的差正好等于瞬态电流的热激活能,解决了上[4]人将表面能级定在导带底以下0137eV,Menegh2述表面能级与瞬态电流激活能间的矛盾.薛舫时男,1939年出生,研究员,从事GaNHFET研究.2005201202收到,2005206210定稿Z2005中国电子学会2144半导体学报第26卷下一节
7、中,首先从沟道电子气状态和二维表面迁过程.两种不同的电子跃迁过程导出了不同的激态特性出发讨论热电子隧穿过程,并在此基础上提活能.出新的电流崩塌微观模型,解释各类实验现象.第三节用此微观模型来研究电流崩塌同异质结构间的关联.最后讨论以优化器件结构设计来消除电流崩塌的几种方案.2沟道与表面态间的热电子隧穿和电流崩塌氮化物表面的强极化电荷能吸附周围分子产生2nm左右的吸附层.它与势垒层间存在一定的能带图2AlGaN/GaN异质结中的表面态和沟道电子的波函数Fig.2Wavefunctionsofsurface
8、stateandtwodimen2带阶,形成深而窄的量子阱和限制于阱内的二维表sionalelectronstateinchannelinAlGaN/GaNhetero2面态.图1中的实线示出了用二维表面态理论算出junction的表面阱和异质结能带结构.虚线示出限制于量子阱内的电子气分布.点线和点划线分别标出二维表图3示出了GaNHFET的动态漏电流.图中的面能级和沟道电子气的基态能级.沟道电子气基态实线表示漏压固定为10V、栅压在-4～
