AlGaN/GaN HEMT器件电流坍塌和膝点电压漂移机理的研究

王林; 胡伟达; 陈效双; 陆卫

doi:10.7498/aps.59.5730

摘要

考虑了势垒层、缓冲层体陷阱及表面电荷的浓度变化对电流坍塌和膝点电压的影响,发现表面电荷和势垒层体陷阱浓度的变化对沟道电子的浓度影响较小,表面电荷浓度变化下的膝点电压的偏移和坍塌强度的大小与势垒层势阱能量的变化有着主要的关系.缓冲层有着比势垒层更强的局域作用,势垒层和缓冲层的体陷阱浓度在一定范围变化时的膝点电压偏移主要是由沟道电子浓度的变化而引起的,但偏移量却比表面电荷浓度变化的情况下小很多.势阱能量的变化是造成膝点电压偏移的重要原因,坍塌强度主要取决于势阱能量和沟道的电子浓度.

关键词:

Abstract

In this article, we comprehensively showed the impact of barrier layer traps, buffer layer traps and surface charge on current collapse and knee voltage change, pointed out that the change in the concentration of surface charge and barrier layer traps have little influence on the 2DEG density in the channel.When the concentration of surface charge changes, the knee voltage drift and strength of current collapse are in close connection with the change of potential energy in quantum well.Buffer layer has stronger local effect than barrier layer, when the concentration of bulk traps change in these layers, knee voltage drift is mainly caused by the change of 2DEG density, but has less change compared with the situation of surface charge.Potential energy changes in the quantum well is an important reason for the change of knee voltage, the strength of current collapse is determined by the size of potential energy and 2DEG density.

Keywords:

作者及机构信息

1.
中国科学院上海技术物理研究所红外物理国家重点实验室,上海 200083

基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 10747162),上海应用材料研究与发展基金(批准号: 08520740600), 中国科学院上海技术物理研究所创新专项(批准号: Q-ZY-7, Q-ZY-4)资助的课题.

Authors and contacts

1.
National Laboratory for Infrared Physics, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Science, Shanghai 200083, China

参考文献

[1]	Braga N, Mickevicius R, Gaska R, Hu X, Shur M S, AsifKhan M, Simin G 2004 J. Appl. Phys. 95 6409
[2]	Chinese) [冯倩、郝跃、岳远征 2008 57 1886]
[3]	Hu W D, Chen X S, Yin F, Zhang J B, Lu W 2009 J. Appl. Phys. 105 084502.
[4]	[席光义、任凡、郝智彪、汪莱、李洪涛、江洋、赵维、韩彦军、罗毅 2008 57 7238]
[5]	(Suzhou : Suzhou University Press) p53 (in Chinese) [施敏 2008 半导体器件物理与工艺 (苏州: 苏州大学出版社) 第53页]
[6]	Hu W D, Chen X S, Quan Z J, Zhang X M, Huang Y, Xia C S, Lu W, Ye P D 2007 J. Appl. Phys. 102 034502
[7]	Knap W, Kachorovskii V, Deng Y, Rumyantsev S, Gaska R 2002 J. Appl. Phys. 91 9346
[8]	Hu W D, Chen X S, Quan Z J, Xia C S, Lu W, Ye P D 2006 Appl. Phys. Lett. 100 074501
[9]	Brag N, Mickevicius R, Gaska R, Shur M S, Asif K M, Simin G 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4780
[10]	Vetury R, Naiqain Zhang Q, Stacia Keller, Mishra K U 2001 IEEE Trans. Electron Devices 48 560
[11]	Wei W, Lin R B, Feng Q, HaoY 2008 Acta. Phys. Sin. 57 467 (in Chinese) [魏巍、林若兵、冯倩、郝跃 2008 57 467]
[12]	Xi G Y, Ren F, Hao Z B, Wang L, Li H T, Jiang Y, Zhao W, Han Y J, Luo Y 2008 Acta. Phys. Sin. 57 7238 (in Chinese)
[13]	Kong Y C, Zheng Y D, Zhou C H, Deng Y Z, Gu S L, Shen B, Zhang R, Han P, Jiang R L, Shi Y 2004 Acta. Phys. Sin. 53 2320 (in Chinese) [孔月婵、郑有窦、周春红、邓永桢、顾书林、沈波、张荣、韩平、江若琏、施毅 2004 53 2320]
[14]	Bykhovski A D, Gaska R, Shur M S 1998 Appl. Phys. Lett. 73 24
[15]	Liu L J, Yue Y Z, Zhang J C, Ma X H, Dong Z D, Hao Y 2009 Acta. Phys. Sin. 58 536 (in Chinese) [刘林杰、岳远征、张进城、马晓华、董作典、郝跃 2009 58 536]
[16]	Yu L S, Ying Q J, Qiao D, Lau S S, Boutros K S, Redwing J M 1998 Appl. Phys. Lett. 73 26
[17]	Mittereder J A, Binari S C, Klein P B, Roussos J A, Katzer D S, Storm D F 2003 Appl. Phys. Lett. 83 1650
[18]	Device simulator Sentaurus Device 2009 (formerly ISE-DESSIS), version Z-2009.3, Synopsys Inc., p15, 197
[19]	Sze M S 2008 Semiconductor Devices Physics and Technology
[20]	Feng Q, Hao Y, Yue Y Z 2008 Acta. Phys. Sin. 57 1886 (in
[21]	Zeng S R 2007 Semiconductor Devices Physics (Beijing : Peking University Press) p137 (in Chinese) [曾树荣 2007 半导体器件物理基础 (北京: 北京大学出版社) 第137页]

施引文献

[1]	Braga N, Mickevicius R, Gaska R, Hu X, Shur M S, AsifKhan M, Simin G 2004 J. Appl. Phys. 95 6409
[2]	Chinese) [冯倩、郝跃、岳远征 2008 57 1886]
[3]	Hu W D, Chen X S, Yin F, Zhang J B, Lu W 2009 J. Appl. Phys. 105 084502.
[4]	[席光义、任凡、郝智彪、汪莱、李洪涛、江洋、赵维、韩彦军、罗毅 2008 57 7238]
[5]	(Suzhou : Suzhou University Press) p53 (in Chinese) [施敏 2008 半导体器件物理与工艺 (苏州: 苏州大学出版社) 第53页]
[6]	Hu W D, Chen X S, Quan Z J, Zhang X M, Huang Y, Xia C S, Lu W, Ye P D 2007 J. Appl. Phys. 102 034502
[7]	Knap W, Kachorovskii V, Deng Y, Rumyantsev S, Gaska R 2002 J. Appl. Phys. 91 9346
[8]	Hu W D, Chen X S, Quan Z J, Xia C S, Lu W, Ye P D 2006 Appl. Phys. Lett. 100 074501
[9]	Brag N, Mickevicius R, Gaska R, Shur M S, Asif K M, Simin G 2004 Appl. Phys. Lett. 85 4780
[10]	Vetury R, Naiqain Zhang Q, Stacia Keller, Mishra K U 2001 IEEE Trans. Electron Devices 48 560
[11]	Wei W, Lin R B, Feng Q, HaoY 2008 Acta. Phys. Sin. 57 467 (in Chinese) [魏巍、林若兵、冯倩、郝跃 2008 57 467]
[12]	Xi G Y, Ren F, Hao Z B, Wang L, Li H T, Jiang Y, Zhao W, Han Y J, Luo Y 2008 Acta. Phys. Sin. 57 7238 (in Chinese)
[13]	Kong Y C, Zheng Y D, Zhou C H, Deng Y Z, Gu S L, Shen B, Zhang R, Han P, Jiang R L, Shi Y 2004 Acta. Phys. Sin. 53 2320 (in Chinese) [孔月婵、郑有窦、周春红、邓永桢、顾书林、沈波、张荣、韩平、江若琏、施毅 2004 53 2320]
[14]	Bykhovski A D, Gaska R, Shur M S 1998 Appl. Phys. Lett. 73 24
[15]	Liu L J, Yue Y Z, Zhang J C, Ma X H, Dong Z D, Hao Y 2009 Acta. Phys. Sin. 58 536 (in Chinese) [刘林杰、岳远征、张进城、马晓华、董作典、郝跃 2009 58 536]
[16]	Yu L S, Ying Q J, Qiao D, Lau S S, Boutros K S, Redwing J M 1998 Appl. Phys. Lett. 73 26
[17]	Mittereder J A, Binari S C, Klein P B, Roussos J A, Katzer D S, Storm D F 2003 Appl. Phys. Lett. 83 1650
[18]	Device simulator Sentaurus Device 2009 (formerly ISE-DESSIS), version Z-2009.3, Synopsys Inc., p15, 197
[19]	Sze M S 2008 Semiconductor Devices Physics and Technology
[20]	Feng Q, Hao Y, Yue Y Z 2008 Acta. Phys. Sin. 57 1886 (in
[21]	Zeng S R 2007 Semiconductor Devices Physics (Beijing : Peking University Press) p137 (in Chinese) [曾树荣 2007 半导体器件物理基础 (北京: 北京大学出版社) 第137页]

[1]	吕玲, 邢木涵, 薛博瑞, 曹艳荣, 胡培培, 郑雪峰, 马晓华, 郝跃. 重离子辐射对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管低频噪声特性的影响. , 2024, 73(3): 036103. doi: 10.7498/aps.73.20221360
[2]	刘乃漳, 姚若河, 耿魁伟. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极电容模型. , 2021, 70(21): 217301. doi: 10.7498/aps.70.20210700
[3]	郝蕊静, 郭红霞, 潘霄宇, 吕玲, 雷志锋, 李波, 钟向丽, 欧阳晓平, 董世剑. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件中子位移损伤效应及机理. , 2020, 69(20): 207301. doi: 10.7498/aps.69.20200714
[4]	刘旭阳, 张贺秋, 李冰冰, 刘俊, 薛东阳, 王恒山, 梁红伟, 夏晓川. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性. , 2020, 69(4): 047201. doi: 10.7498/aps.69.20190640
[5]	刘静, 王琳倩, 黄忠孝. 基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应. , 2019, 68(24): 248501. doi: 10.7498/aps.68.20191311
[6]	周幸叶, 吕元杰, 谭鑫, 王元刚, 宋旭波, 何泽召, 张志荣, 刘庆彬, 韩婷婷, 房玉龙, 冯志红. 基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理. , 2018, 67(17): 178501. doi: 10.7498/aps.67.20180474
[7]	王冲, 赵梦荻, 裴九清, 何云龙, 李祥东, 郑雪峰, 毛维, 马晓华, 张进成, 郝跃. AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管. , 2016, 65(3): 038501. doi: 10.7498/aps.65.038501
[8]	石磊, 冯士维, 石帮兵, 闫鑫, 张亚民. 开态应力下电压和电流对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的退化作用研究. , 2015, 64(12): 127303. doi: 10.7498/aps.64.127303
[9]	谷文萍, 张林, 李清华, 邱彦章, 郝跃, 全思, 刘盼枝. 中子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电特性的影响. , 2014, 63(4): 047202. doi: 10.7498/aps.63.047202
[10]	任舰, 闫大为, 顾晓峰. AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究. , 2013, 62(15): 157202. doi: 10.7498/aps.62.157202
[11]	马骥刚, 马晓华, 张会龙, 曹梦逸, 张凯, 李文雯, 郭星, 廖雪阳, 陈伟伟, 郝跃. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中kink效应的半经验模型. , 2012, 61(4): 047301. doi: 10.7498/aps.61.047301
[12]	吕玲, 张进成, 李亮, 马晓华, 曹艳荣, 郝跃. 3 MeV质子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的影响. , 2012, 61(5): 057202. doi: 10.7498/aps.61.057202
[13]	余晨辉, 罗向东, 周文政, 罗庆洲, 刘培生. 新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究. , 2012, 61(20): 207301. doi: 10.7498/aps.61.207301
[14]	王鑫华, 赵妙, 刘新宇, 蒲颜, 郑英奎, 魏珂. AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率器件的电容电压特性的经验拟合. , 2011, 60(4): 047101. doi: 10.7498/aps.60.047101
[15]	毛维, 杨翠, 郝跃, 张进成, 刘红侠, 马晓华, 王冲, 张金风, 杨林安, 许晟瑞, 毕志伟, 周洲, 杨凌, 王昊. 场板抑制GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌的机理研究. , 2011, 60(1): 017205. doi: 10.7498/aps.60.017205
[16]	顾江, 王强, 鲁宏. AlGaN/GaN 高速电子迁移率晶体管器件电流坍塌效应与界面热阻和温度的研究. , 2011, 60(7): 077107. doi: 10.7498/aps.60.077107
[17]	王冲, 全思, 马晓华, 郝跃, 张进城, 毛维. 增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火研究. , 2010, 59(10): 7333-7337. doi: 10.7498/aps.59.7333
[18]	魏巍, 郝跃, 冯倩, 张进城, 张金凤. AlGaN/GaN场板结构高电子迁移率晶体管的场板尺寸优化分析. , 2008, 57(4): 2456-2461. doi: 10.7498/aps.57.2456
[19]	林若兵, 王欣娟, 冯倩, 王冲, 张进城, 郝跃. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管肖特基高温退火机理研究. , 2008, 57(7): 4487-4491. doi: 10.7498/aps.57.4487
[20]	李若凡, 杨瑞霞, 武一宾, 张志国, 许娜颖, 马永强. 用逆压电极化模型对AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管电流崩塌现象的研究. , 2008, 57(4): 2450-2455. doi: 10.7498/aps.57.2450

计量

文章访问数: 14245
PDF下载量: 1397
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板