本文選題：氮化鎵 + 增強(qiáng)型��； 參考：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：氮化鎵基器件由于出色的性能,被學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛的研究。增強(qiáng)型氮化鎵器件在開(kāi)關(guān)和數(shù)字電路領(lǐng)域也因具有較大的應(yīng)用前景而被大量研究。背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)能夠提高二維電子氣的限域性,氟處理是一種常用的實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型技術(shù),然而國(guó)內(nèi)外很少學(xué)者研究氟處理背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)器件,因此氟處理和背勢(shì)壘相結(jié)合實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件具有非常好的研究?jī)r(jià)值。本文從理論模擬和實(shí)驗(yàn)制作上研究了低損傷的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件,研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面:(1)通過(guò)模擬仿真,得到了結(jié)合氟注入的三種不同GaN溝道厚度雙異質(zhì)結(jié)器件(15nm,30nm,60nm),其閾值電壓均大于0V。本文首先模擬仿真了常規(guī)單異質(zhì)結(jié)器件和雙異質(zhì)結(jié)器件特性,發(fā)現(xiàn)雙異質(zhì)結(jié)器件具有較小的二維電子氣濃度。仿真不同GaN溝道層厚度的雙異質(zhì)結(jié)器件,發(fā)現(xiàn)閾值電壓隨著溝道層的厚度的增加而越來(lái)越負(fù),跨導(dǎo)隨著溝道層的厚度的增加而越來(lái)越大。仿真了常規(guī)氟功率和較低氟功率分別處理單異質(zhì)結(jié)和雙異質(zhì)結(jié)器件,采用較低氟處理功率對(duì)三種不同GaN溝道厚度的雙異質(zhì)結(jié)器件進(jìn)行處理,均得到了閾值電壓大于0V的效果。(2)通過(guò)實(shí)驗(yàn),成功制作了三種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件(14nm,28nm,60nm),且退火后保持較大的閾值電壓。我們使用135W氟處理功率對(duì)三種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件(14nm,28nm,60nm)進(jìn)行處理,退火前它們的閾值電壓能達(dá)到1.1V、0.8V和0.3V,它們的峰值跨導(dǎo)分別達(dá)到110mS/mm、146mS/mm、198mS/mm。為了進(jìn)一步提高器件的性能,我們對(duì)其進(jìn)行退火處理。由于135W氟處理功率對(duì)器件的損傷較小,退火之后兩種不同GaN溝道的增強(qiáng)型雙異質(zhì)結(jié)器件(14nm、28nm)的閾值電壓分別達(dá)到0.7V、0.4V,它們的峰值跨導(dǎo)分別達(dá)到161mS/mm、198mS/mm。在肖特基特性方面,我們發(fā)現(xiàn),在隧穿機(jī)制的影響下,柵反向電流隨著GaN溝道層厚度增加而增加。(3)通過(guò)實(shí)驗(yàn),分析了雙異質(zhì)結(jié)器件的變溫特性。我們對(duì)器件進(jìn)行從20度到270度的在片變溫測(cè)試。在直流特性方面,當(dāng)溫度從20度上升到70度時(shí),器件的直流特性性能非常穩(wěn)定,當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí),由于氟離子的移動(dòng),閾值電壓逐漸負(fù)向移動(dòng);在肖特基特性方面,在不同的溫度區(qū)間由不同的電流輸運(yùn)機(jī)制控制。對(duì)于反向肖特基電流,在隧穿機(jī)制和碰撞機(jī)制的共同作用下,肖特基反向電流先增大后減小。對(duì)于正向肖特基電流,在隧穿機(jī)制和熱電子發(fā)射機(jī)制共同作用下,肖特基正向電流亦是先增大后減小;在DIBL特性方面,常溫下14nm GaN溝道雙異質(zhì)結(jié)器件具有非常好的限域性,其DIBL特性值僅為16mV/V,但隨著溫度升高,其DIBL特性不穩(wěn)定,限域性變差,常溫下28nm GaN溝道雙異質(zhì)結(jié)器件限域性也較好,其DIBL特性值為30mV/V,隨著溫度升高,DIBL特性較為穩(wěn)定,限域性依然保持較好。
[Abstract]:Gallium nitride based devices have been widely studied in academia and industry due to their excellent performance. Enhanced gallium nitride devices have also been widely studied in the field of switches and digital circuits because of their great application prospects. The back barrier structure can improve the localization of two-dimensional electron gas. Fluorine treatment is a commonly used enhancement technique. However, few scholars at home and abroad have studied the device. Therefore, it is of great value to combine fluorine treatment with back barrier to realize enhanced devices. In this paper, low-damage enhanced dual-heterojunction devices are studied in terms of theoretical simulation and experimental fabrication. The research contents include the following aspects: 1. Three kinds of GaN double heterojunction devices with different channel thickness have been obtained for fluorine injection. The threshold voltages of these devices are all greater than 0 V. In this paper, the characteristics of conventional single-heterojunction devices and double-heterojunction devices are simulated, and it is found that the dual-heterojunction devices have a small two-dimensional electron gas concentration. By simulating the double heterojunction devices with different GaN channel layer thickness, it is found that the threshold voltage becomes more and more negative with the increase of channel layer thickness, and the transconductance increases with the increase of channel layer thickness. The conventional fluorine power and the lower fluorine power are used to deal with single heterojunction and double heterojunction devices respectively. Three kinds of GaN channel thickness double heterojunction devices are processed by using lower fluorine processing power. Through experiments, three kinds of enhanced double heterojunction devices with different GaN channels have been successfully fabricated, and the threshold voltage has been maintained after annealing. We use 135W fluorine treatment power to deal with three kinds of enhanced dual-heterojunction devices with different GaN channels. Before annealing, their threshold voltages can reach 1.1 V ~ (0.8) V and 0.3 V, and their peak transconductance reaches 110 Ms / mm ~ (-1) ~ 146mS / mm ~ (-1) m ~ (-1) / m ~ (-1) respectively. In order to further improve the performance of the device, we annealed it. Because the 135W fluorine treatment power has less damage to the device, the threshold voltage of the two kinds of GaN channel enhanced dual-heterostructure devices is 0.7V 0.40V, and their peak transconductance is 161mSr / mm ~ 198mS 路mmm. respectively after annealing, the threshold voltages of the two kinds of GaN channels are up to 0.7 V ~ (-1) V ~ (-1) ~ (-1) V ~ (-1) ~ (-1) V ~ (-1) 路m ~ (-1), respectively. In terms of Schottky characteristics, we find that under the influence of tunneling mechanism, the gate reverse current increases with the thickness of GaN channel layer. We measure the temperature of the device from 20 degrees to 270 degrees in situ. In terms of DC characteristics, when the temperature rises from 20 degrees to 70 degrees, the DC performance of the device is very stable. When the temperature continues to rise, the threshold voltage gradually moves negatively due to the movement of fluorine ions; in terms of Schottky characteristics, It is controlled by different current transport mechanism in different temperature range. For reverse Schottky current, the Schottky reverse current increases first and then decreases under the combined action of tunneling mechanism and collision mechanism. For the forward Schottky current, the Schottky forward current increases first and then decreases under the combined action of tunneling mechanism and thermionic emission mechanism. In terms of DIBL characteristics, the 14nm GaN channel double heterojunction device has a very good limiting property at room temperature. The DIBL characteristic value is only 16mV / V, but with the increase of temperature, the DIBL characteristic is unstable, the limited region becomes worse, and the 28nm GaN channel dual-heterojunction device has a better localized value at room temperature, and its DIBL characteristic value is 30mV / V, and the DIBL characteristic is stable with the increase of temperature. The limitation is still good.
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：1916959