發(fā)布時間：2018-04-13 05:11

  本文選題：GaN基FP-HEMT + 正向擊穿��； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：近年來,GaN基高電子遷移率晶體管(GaN基HEMT)以其優(yōu)異特性,在大功率、高溫、高頻、抗輻照等應(yīng)用領(lǐng)域中備受人們關(guān)注。而場板技術(shù)的引入,推動了GaN基HEMT的性能的更顯著提高,為器件可滿足當(dāng)前更廣泛的應(yīng)用需求奠定了基礎(chǔ)。場板可以提高GaN基HEMT器件的擊穿電壓、輸出功率,并可改善器件的可靠性,然而,當(dāng)前的眾多現(xiàn)實(shí)問題,比如,高擊穿場板器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工藝實(shí)現(xiàn)問題、高反向擊穿場板器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)問題、復(fù)雜場板器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題等,仍然是國內(nèi)外眾多研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。本論文,針對上述關(guān)鍵問題開展了系統(tǒng)、深入的研究,主要的研究工作和成果如下:(1)提出了一種制造工藝簡單且擊穿電壓高的T形柵場板GaN基HEMT器件,并基于數(shù)值仿真研究了該新型器件的溝道電場分布特點(diǎn)和規(guī)律。研究結(jié)果表明,相比傳統(tǒng)的單層場板GaN基HEMT器件,T形柵場板可形成額外的溝道電場峰,從而可更有效地調(diào)制柵漏區(qū)域的電場分布,以改善器件正向擊穿特性。(2)在改善GaN基HEMT器件反向阻斷能力方面,提出了肖特基漏極多層漏場板HEMT器件和肖特基漏極復(fù)合場板GaN基HEMT器件兩種新型器件,并對其工作機(jī)理進(jìn)行了深入分析。研究結(jié)果表明,這兩種結(jié)構(gòu)均可以有效調(diào)節(jié)器件溝道電場分布,顯著提高器件的反向擊穿電壓。在肖特基漏極多層漏場板GaN基HEMT器件中,可通過增加場板個數(shù)增加反向擊穿電壓,而在肖特基漏極復(fù)合場板GaN基HEMT器件中,通過增加浮空場板個數(shù)可以持續(xù)增加擊穿電壓,且該器件工藝實(shí)現(xiàn)相對更為簡單。此外,本論文在對上述兩類器件研究中,得到了眾多具有實(shí)用價值的研究結(jié)果,這對于將來的器件實(shí)際工藝制作具有一定的參考意義。(3)基于泊松方程分別研究了傳統(tǒng)柵場板HEMT器件和浮空柵場板HEMT器件的二維解析模型,模型中考慮了極化效應(yīng)、耗盡區(qū)橫向擴(kuò)展、電容耦合等重要因素,基于所建解析模型詳細(xì)分析了主要器件參數(shù)對溝道電勢和溝道電場分布的影響,得到了具有實(shí)用價值的規(guī)律,最后采用Silvaco-TCAD數(shù)值仿真對所建模型進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,所構(gòu)建的解析模型與數(shù)值仿真結(jié)果一致性較好,利用這些模型可以快速設(shè)計(jì)優(yōu)化場板器件結(jié)構(gòu),分析器件工作物理機(jī)制。同時,這些模型的建模方法也可用于其他場板器件的建模中,具有很強(qiáng)的可移植性。
[Abstract]:In recent years, GaN-based high electron mobility transistors (GaN-based HEMTs) have attracted much attention in the applications of high power, high temperature, high frequency and radiation resistance due to their excellent properties.The introduction of field board technology promotes the performance of GaN based HEMT and lays the foundation for the device to meet the needs of more extensive applications.The field board can improve the breakdown voltage, output power and reliability of the GaN based HEMT device. However, there are many practical problems, such as the design of the high breakdown field board device structure and the implementation of the technology.Many researchers at home and abroad still pay close attention to the design of high reverse breakdown field board device structure and the optimization design of complex field board device.In this paper, a systematic and in-depth study is carried out on the key issues mentioned above. The main research work and results are as follows: 1) A simple and high breakdown voltage T gate GaN based HEMT device is proposed.Based on the numerical simulation, the characteristics and laws of the channel electric field distribution of the new device are studied.The results show that compared with the conventional single-layer GaN based HEMT devices, the T-shaped gate field plates can form additional channel electric field peaks, which can more effectively modulate the electric field distribution in the gate leakage region.In order to improve the forward breakdown characteristics of GaN HEMT devices, two new types of Schottky drain multilayer leakage field plate (HEMT) devices and Schottky drain composite GaN based HEMT devices are proposed in order to improve the reverse blocking capability of HEMT devices.The working mechanism is analyzed deeply.The results show that both of these structures can effectively adjust the channel electric field distribution of the device and significantly increase the reverse breakdown voltage of the device.In Schottky drain multilayer leakage field plate GaN based HEMT devices, the reverse breakdown voltage can be increased by increasing the number of field plates, while in Schottky drain composite field board GaN based HEMT devices, the breakdown voltage can be continuously increased by increasing the number of floating field plates.The process of the device is relatively simple.In addition, in the research of the two kinds of devices mentioned above, many practical results have been obtained in this paper.This has some reference significance for the practical fabrication of the device in the future. Based on Poisson equation, the two-dimensional analytical models of traditional gate field plate HEMT device and floating gate field plate HEMT device are studied respectively. Polarization effect is considered in the model.Based on the analytical model, the effects of main device parameters on channel potential and channel electric field distribution are analyzed in detail, and the law of practical value is obtained.Finally, the model is verified by Silvaco-TCAD numerical simulation.The results show that the analytical models are in good agreement with the numerical simulation results. Using these models, we can quickly design and optimize the structure of the field-plate devices and analyze the physical mechanism of the devices.At the same time, these modeling methods can also be used in the modeling of other field board devices, which has strong portability.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

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本文編號：1743060