(Al)GaN肖特基二极管的电学特性研究.pdf

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1、分类号密级硕士学位论文题目：(Al)GaN肖特基二极管的电学特性研究英文并列题目：Studyonelectricalcharacteristicsof(Al)GaNSchottkydiodes研究生：焦晋平专业：微电子学与固体电子学研究方向：器件物理、工艺、材料导师：顾晓峰指导小组成员：闫大为学位授予日期：2015年6月答辩委员会主席：张曦煌江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一五年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本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

2、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，也不包含本人为获得江南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谢意。签名：择鮮日期：to丨r年穸月3日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被査阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文，并且本

3、人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。签名：禮香平导师签名：日期：汾丨v年穸月i日摘要摘摘摘要要要大功率的肖特基器件被广泛应用于功率开关电路中。目前商业应用最多的硅基功率管的性能日益接近理论极限，它们在高温、高频和大功率等方面的表现很难再取得突破，无法满足不断提高的应用需求。因此，利用氮化镓(GaN)等宽禁带半导体材料制作的功率器件，得到了广泛而密切的关注。GaN具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度大等优点，在制备微波功率器件方面具有很大的潜力。由于肖特基接触的质量会直

4、接影响GaN基器件的可靠性和寿命，本文针对目前国内研究尚不多的(Al)GaN肖特基接触开展了研究，主要包括Ni-Au/AlGaN/GaN异质结肖特基二极管和Ni-Au/n-GaN肖特基二极管的实验制备、电学特性测试和理论分析等工作。首先，介绍了金属-半导体接触的基础理论，包括肖特基接触的原理以及镜像力和隧道效应对它的影响；着重分析了GaN基肖特基二极管在正反偏压下的电流输运机制，特别是热电子发射(TE)、隧穿电流(TU)和Frenkel-Poole(FP)机制；介绍了样品的测试和分析方法，以及GaN基肖特基二极

5、管的参数提取方法，包括利用电流-电压（I-V）、电容-电压（C-V）测试数据获得势垒高度、理想因子及串联电阻等参数的计算方法。其次，制备并研究了Ni-Au/AlGaN/GaN肖特基二极管的电学特性。研究结果表明，肖特基接触的载流子输运机理很复杂，不同偏压和温度下存在不同的电流输运机制。为判明主要的电流输运机制，对器件进行了变温I-V特性分析，曲线拟合结果表明：在正向低偏压下总电流以隧穿电流为主，而在正向高偏压下以TE电流为主；在反偏时，FP输运电流占主导。在正向低偏压下，根据隧穿电流的特性得到了特征能量及穿透系

6、数随温度的变化关系，在正向高偏压下，基于TE理论得到了更接近理论值的势垒高度。最后，制备并研究了Ni-Au/n-GaN肖特基二极管的电学特性。通过变温I-V测试对其正向特性进行了分析，发现在正向高偏压下，室温势垒高度为0.97eV，更接近金-半接触功函数的理论值；采用步进应力测试系统研究了该肖特基二极管的反向漏电特性和退化机理，发现当反向偏压超过某一临界值时，漏电流会突然变大，并伴有噪声，出现退化现象。利用TCAD软件Atlas模拟了GaN肖特基二极管的电场特性，初步证明电场可能是引起退化的主要因素；对不同退化

7、时间下的I-V曲线进行拟合，揭示了不同偏压下的电流输运机制。综上所述，通过制备和研究Ni-Au/AlGaN/GaN和Ni-Au/n-GaN两种不同的肖特基二极管的电学特性，分析了它们的电流输运机制，解释了n-GaN肖特基二极管的反向退化特性，为提高GaN基肖特基接触的质量乃至更多GaN基器件的性能提供了有益的理论和实验指导。关键词：肖特基接触；(Al)GaN肖特基二极管；电学特性；电流输运机制；势垒高度；退化机理IAbstractAbstractHighpowerSchottkydevicesarewidely

8、appliedinpower-switchingcircuits.Currently,performancesofthemostcommerciallyusedSi-basedpowerdevicesareapproachingtheirphysicslimits.Itisverydifficultforthemtomakenewbreakthroughsinthehightemper