【摘要】：基于GaN材料的增強型HEMT器件是高速功率開關(guān)和高速集成電路重要組成部分。F注入增強型HEMT器件因制作工藝簡單和閾值電壓可控等優(yōu)勢,成為了實現(xiàn)增強型HEMT器件一種常用方式。同時近年來F等離子體處理與MIS柵結(jié)構(gòu)、凹槽柵結(jié)構(gòu)和納米線溝道等其他技術(shù)結(jié)合可實現(xiàn)高性能的增強型HEMT器件。然而F注入增強型HEMT器件長時間電應力下的退化機理仍未明晰,基于此本文針對F注入增強型HEMT器件在關(guān)態(tài)電應力下的可靠性展開研究。論文設計了不同柵極偏置關(guān)態(tài)電應力實驗。在關(guān)態(tài)應力下,器件的閾值電壓隨著應力時間的增加而逐漸負向漂移,并且隨著應力的增大而更顯著,同時關(guān)態(tài)應力過程中柵漏電極之間溝道電阻減小。F離子移動理論常用來解釋器件退化,其認為F離子在電場的作用下橫向移出柵下區(qū)域?qū)е缕骷撝惦妷旱耐嘶�。然而柵下區(qū)域的F離子移動到漏電極一側(cè)會引起柵漏電極之間溝道電阻增大,其與實驗現(xiàn)象矛盾,因此F離子移動理論不是增強型HEMT器件退化的主要原因。F離子碰撞去離化理論是解釋器件退化的另一觀點,認為應力過程中高能的電子去離化F離子本身所帶的負電荷,使F離子失去強電負性導致器件閾值電壓退化。論文設計了不同柵極注入電流實驗研究對增強型HEMT器件退化的影響。器件經(jīng)300?C,1 min熱退火處理可減小器件的柵漏電,但未改變器件的閾值電壓。實驗現(xiàn)象顯示,相同關(guān)態(tài)電應力下,退火處理的增強型器件的應力柵電流較小,但是閾值電壓退化量的相同。表明器件的退化量大小主要取決于器件所施加的電場強度,而不是應力柵電流,因此F離子碰撞去離化理論不是增強型HEMT器件退化的主要原因。論文設計了耗盡型和增強型HEMT器件在相同的關(guān)態(tài)應力對比實驗。耗盡型器件應力過程中較大的應力柵電流在AlGaN/GaN界面產(chǎn)生大量的界面態(tài)陷阱,導致器件應力過程中飽和漏電流和跨導下降,然而器件的閾值電壓基本不變。F注入增強型HEMT器件結(jié)構(gòu)基于耗盡型HEMT器件,兩者關(guān)態(tài)應力過程中退化現(xiàn)象和規(guī)律不同,說明HEMT器件本身結(jié)構(gòu)或缺陷不是增強型HEMT器件關(guān)態(tài)電應力退化的主要原因。前文排除以往文獻中F離子移動和F離子碰撞去離化引起器件退化的兩種原因,得到結(jié)論:關(guān)態(tài)應力下產(chǎn)生的高電場使柵極下勢壘層內(nèi)的F離子失去負電荷,發(fā)生去離化效應,導致柵下的有效F離子數(shù)量減少,減小了對柵下溝道電子的耗盡作用,導致閾值電壓的負漂,引起器件退化。最后利用正反向偏置實驗和熱退火實驗研究F注入增強型HEMT器件關(guān)態(tài)高場應力后的器件特性。結(jié)果表明,相比于關(guān)態(tài)應力過程器件的退化總量,較小的正向偏置應力使器件退化量減小了20%,300?C,5 min熱退火處理使器件退化量減小了39%,同時退火過程改善了器件的肖特基特性。
【圖文】：

4]。圖1.1GaN 幾種常見的應用領域材料所帶來的優(yōu)異特性會轉(zhuǎn)化為更優(yōu)良的器件特性，從圖 1.1 可見，GaN 基器件常用于照明、雷達和航天、航空軍事、電力傳輸和通訊等應用領域[7, 10]，在這些應用領域中，GaN 基器件工作環(huán)境往往是大電流、高電壓、高溫、輻照等惡劣環(huán)境。1.1.2 GaN 基 HEMT 器件的發(fā)展及應用正是由于 GaN 材料的寬禁帶、高遷移率和耐高溫高壓等優(yōu)異特性，基于 GaN 材料的高電子遷移率晶體管（HEMT）引發(fā)了研究和應用的熱潮。HEMT 器件作為 GaN基材料中最成熟的結(jié)構(gòu)，其依靠異質(zhì)結(jié)來工作。異質(zhì)節(jié)是在兩種或者兩種以上的不同的材料之間形成的，例如 AlGaAs/GaAs、InGaAs/InP、AlGaN/GaN 等材料是常見的異質(zhì)結(jié)構(gòu)

二章 F 注入增強型 HEMT 器件的基本原理及制備工沒有在樣品材料中明顯觀察到碳元素的存在子相比于 CF3＋離子較輕，兩者之間的相對地，上電極接電壓，形成電容結(jié)構(gòu)，在上電電場，在兩個金屬電極之間電場的驅(qū)動下，下電極上的樣品材料。與之相對應的是，在只有少量的 CF3＋離子可以達到樣品表面，上電極吸引 CF3＋離子，將 CF3＋離子驅(qū)動遠中沒有碳元素對于器件的性能是非常理想的 HEMT 器件性能[51]。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN303

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