资源描述：
《场板结构AlGaN_GaNHEMT的电流崩塌机理.docx》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第57卷第1期2008年1月物理学报Vol.57,No.1,January,2008100023290P2008P57(01)P0467205ACTAPHYSICASINICAn2008Chin.Phys.Soc.场板结构AlGaNPGaNHEMT的电流崩塌机理3魏巍›林若兵冯倩郝跃(西安电子科技大学微电子学院,宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071)(2007年4月28日收到;2007年6月6日收到修改稿)在不同的漏偏压下,研究了钝化和不同场板尺寸AlGaNPGaNHEMT对电流崩塌的抑制能
2、力.实验结果表明,钝化器件对电流崩塌的抑制能力随着漏偏压的升高而显著下降;在高漏偏压下,场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响,而合适尺寸的场板结构在各个漏偏压下都能够很好的抑制电流崩塌.深入分析发现,场板结构不仅能够抑制虚栅的充电过程,而且提供了放电途径,有利于虚栅的放电,从而抑制电流崩塌.在此基础上,通过建立场板介质对虚栅放电的模型,解释了高漏偏压下场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响的原因.关键词:AlGaNPGaNHEMT,场板,电流崩塌PACC:7280E,7340Q11引言且场板在工艺中容易
3、实现,所以这些年来成为半导体领域研究的重点之一.关于场板结构对电流崩塌的抑制机理,不同的AlGaNPGaN异质结2DEG出色的电流处理能力使得AlGaNPGaN异质结材料成为制造高频大功率器件的理想选择.在蓝宝石衬底上,目前AlGaNPGaNPHEMT器件最大饱和电流为1130mAmm[1],截止频率fT可达到107GHz,最大振荡频率fmax可达到151GHz[2].AlGaNGaNHEMT所具有的极好高频大功率特性大大地增强了GaN微波功率器件研究和应用前景.尽管AlGaNGaNHEMT器件在微波大功率特性
4、方面取得很大的进步,但是仍然存在两个问题严重阻碍了其在微波大信号领域的发展,一个是电流崩塌,一个是击穿电压.电流崩塌分为漏延迟和栅延PP迟两类,前者同GaN缓冲层和势垒层中的陷阱有关[3],随着工艺的改进,其影响越来越小;后者由势垒层表面态引起[4],直接与异质结表面的极化电荷和能带结构相关联,是目前研究的焦点.为了抑制电流崩塌,通常采用在器件栅漏之间淀积钝化层的方法,但会降低击穿电压.采用场板(FP)结构能大幅度提高器件的击穿电压,并且抑制电流崩塌效应,从而提高了器件功率密度、功率附加效率和相关增益,研究者
5、往往得出不同的结论,因此还有待于研究.研究表明:仅仅依靠降低电场峰值和栅泄漏电流并不能完全消除电流崩塌.MOSFET栅泄漏电流比HEMT低几个量级,相同情况下两者崩塌程度却相近[5].Adivaranhan[6]等报道了FP下淀积绝缘性很高的介质时并不能去除崩塌效应,认为FP抑制崩塌的能力与FP下介质层的电导能力有关,具有弱导电性介质的FP器件能够很好的抑制崩塌效应.这说明,除了低电场峰值,场板结构还有其他抑制电流崩塌的途径.有研究者指出,FP下淀积的介质层能为表面态提供一个放电途径,从而极大提高了高功率器件的
6、特性[7]、.本文重点研究FPAlGaNPGaNHEMT对栅延迟电流崩塌的改善作用.在不同漏偏电压下,运用“返回电流”方法对钝化器件和不同场板尺寸器件抑制电流崩塌的能力进行考察.深入分析了场板结构抑制电流崩塌的机理,并建立了场板介质对虚栅的放电模型,该理论对特定漏偏压下场板尺寸的设计提供了一个参考.3国家重点基础研究发展计划(973)项目(批准号:51327020301,2002CB311904)资助的课题.›E2mail:imposingwei@sohu.com468物理学报57卷21器件结构与工艺实验中Al
7、GaNPGaN异质结材料样片是MOCVD制备的.衬底为(0001)面单面抛光蓝宝石.先在520℃下生长厚度约为30nm的GaN成核层,接着在高温下依次生长厚度约为1μm的GaN缓冲层,8nm厚的未掺杂AlGaN层以及16nm厚的Si掺杂AlGaN层,其中Si掺杂浓度为110×1018—210×1018cm-3.测量得到的AlGaN层的Al组分为27%,Hall效应测量显示室温下该材料的方块电阻为350ΩP□,电子2P113迁移率为166cmVs,电子面密度为167×10cm-2.在台面隔离之后,用电子束蒸发作欧
8、姆接触,TiPAlPNiPAu(20P120P55P45nm),再在N2气氛下进行快速热退火(二次退火,830℃,30s;200℃,10s),再做上NiPAu(20P200nm)作栅极.电子束蒸发SiO2(150nm)作钝化层,再在上面电子束蒸发金属NiPAu(20P200nm)作长度不同的场板.所有器件栅长为018μm,源漏间距为514μm,栅漏间距为311μm,栅宽为100μm.场
