在近些年,氮化鎵（GaN）材料得到了大量的研究。作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,GaN具有出色的性能,由GaN制成的器件得到了廣泛的應(yīng)用。雖然,在GaN材料研究方面人類取得了明顯的進步,但是其材料的優(yōu)越性能還沒有完全開發(fā)出來,GaN器件還有一些問題存在,如柵電場集中效應(yīng)、擊穿電壓低和抗輻照加固等問題。另外,人們對于GaN器件的抗輻照研究相對較少,特別是器件的加固方法研究。所以,本文就圍繞GaN器件的抗輻照加固結(jié)構(gòu)展開研究,期望在不犧牲器件基礎(chǔ)特性的條件下改善器件的單粒子燒毀（SEB）效應(yīng),充分發(fā)揮出GaN材料的優(yōu)勢。本文以傳統(tǒng)的柵場板結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu),研究了兩種加固器件結(jié)構(gòu),主要內(nèi)容分為兩個部分:第一部分,研究了一種具有AlGaN插入層的加固結(jié)構(gòu)。該插入層起到了背勢壘的作用,降低了緩沖層泄漏電流,從而提高器件的擊穿電壓。同時,由于禁帶寬度的不同,AlGaN插入層引入了一個新的量子阱,將由輻射產(chǎn)生的大量電子限制在新量子阱中而無法注入到導(dǎo)電溝道,使得新碰撞電離出的電子-空穴對的數(shù)目減少,從而提高器件的SEB特性。通過仿真軟件優(yōu)化參數(shù),加固結(jié)構(gòu)的擊穿電壓和SEB閾值電壓分別達到了828 V和... 

【文章來源】：杭州電子科技大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

采用壓電中和技術(shù)的槽柵MIS-HEMT[9]

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文5而受主雜質(zhì)Mg的電離能較高（0.14~0.21eV），高質(zhì)量的P-GaN很難實現(xiàn)。1.2.2GaNHEMT器件的耐壓研究針對GaNHEMT器件的耐壓研究，國內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究工作，主要是從以下幾個方面改善器件的擊穿電壓：①電場調(diào)制圖1.2柵極電場集中效應(yīng)針對柵極電場集中效應(yīng)問題，有學(xué)者提出采用場板結(jié)構(gòu)解決。如圖1.2所示，耗盡層在邊界處發(fā)生彎曲，正電荷發(fā)出的電力線集中指向柵電極的漏端一側(cè)，從而造成柵電極漏側(cè)發(fā)生電場集中效應(yīng)。在柵極靠漏極一側(cè)引入金屬場板，這相當于在耗盡層的上方引入了固定的負電荷，能夠吸引一部分來自耗盡層正電荷發(fā)出的電力線，改善耗盡層邊界處的彎曲程度，降低了柵極的電場峰值，使柵極和漏極之間的電場分布更加均勻，從而提高器件的擊穿電壓，避免器件提前擊穿。2013年，西安電子科技大學(xué)的趙勝雷等人通過仿真研究了具有柵和漏場板HEMT結(jié)構(gòu)的電學(xué)特性，仿真結(jié)果表明柵漏間距在10μm的情況下，器件的擊穿電壓達到了1085V，而且場板的引入對器件的閾值電壓和輸出特性幾乎沒有影響[12]。然而場板的引入也會對器件的其它特性產(chǎn)生不利的影響，比如會給器件帶來額外的電容，這樣會對HEMT器件的頻率產(chǎn)生負面影響。因此由學(xué)者提出柵漏之間采用多個浮空的金屬塊，不僅能夠起到調(diào)制溝道電嘗提高器件的擊穿電壓的的作用，還避免了額外電容的引入。②Resurf技術(shù)1979年，飛利浦公司的Appels等人提出了降低表面電場技術(shù)（ReducedSurfaceField，Resurf），并成功地應(yīng)用在隔離器件上[13]。Resurf技術(shù)利用了器件中電場分布的二維效應(yīng)，當垂直方向的p襯底/n外延結(jié)附近電場未達到臨界電場時，使得整個漂移區(qū)完全耗盡，此時外延層的電勢分布變得很均勻，降低了表面電常2001年，Karmalkar等人將RESURF技術(shù)應(yīng)

能離開量子阱，因此器件的擊穿電壓得以提高。另一種是利用兩種禁帶寬度不同的半導(dǎo)體材料，交替生長形成緩沖層，由于導(dǎo)帶和價帶發(fā)生周期性變化形成了多個量子阱，同樣可以限制泄露電子，提高器件的擊穿電壓。2009年，Selvaraj等人采用多組AlN/GaN形成超晶格結(jié)構(gòu)，獲得了擊穿電壓為403V的器件[23]。2012年，尹江龍等人采用P-GaN和N-GaN交替變化的超晶格結(jié)構(gòu)，使得器件的泄漏電流降低，擊穿電壓從基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的73V提高到880V，擊穿電壓得到了大幅度的提升[24]。2018年，Lee等人[25]將背勢壘技術(shù)和緩沖層摻C技術(shù)結(jié)合在一起（如圖1.3所示），形成周期性摻C的GaN緩沖層和AlGaN背勢壘結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了柵漏間距為10μm的情況下，器件的擊穿電壓超過了2000V，優(yōu)值為2.27GV2Ω1cm2。圖1.3周期性C摻雜的GaN緩沖層和AlGaN背勢壘結(jié)構(gòu)1.2.3GaNHEMT器件的抗輻照研究近幾十年來，科學(xué)技術(shù)發(fā)生了巨大的變化，人類的腳步逐漸向地球之外的宇宙空間邁進。而在探索宇宙空間的過程中，航天電子系統(tǒng)扮演著重要的角色，擔負著處理各種信息的任務(wù)，它的核心是各種集成電路和半導(dǎo)體器件。因此，這些集成電路和半導(dǎo)體器件的壽命往往決定了航天系統(tǒng)的壽命。在宇宙空間中含有各種高能粒子，航天系統(tǒng)處于這樣的環(huán)境中會時刻受到高能粒子的威脅。當高能離子作用到這些集成電路和半導(dǎo)體器件后，會引發(fā)一系列的效應(yīng)，單粒子效應(yīng)就是其中一種重要的效應(yīng)。單粒子效應(yīng)（SingleEventEffect，SEE）是指單個高能粒子入射到電子器件的敏感區(qū)時造成器件狀態(tài)發(fā)生非正常改變的一種輻射效應(yīng)，它是伴隨著

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]AlGaN/GaN HEMT短溝道效應(yīng)與耐壓新結(jié)構(gòu)探索[D]. 潘沛霖.電子科技大學(xué) 2016
[3]Si基GaN橫向功率二極管新結(jié)構(gòu)研究[D]. 靳旸.電子科技大學(xué) 2016
[4]超晶格AlGaN溝道異質(zhì)結(jié)特性研究[D]. 譚艷瓊.西安電子科技大學(xué) 2014
[5]AlGaN/GaN HEMT開關(guān)功率器件及模型研究[D]. 尉中杰.電子科技大學(xué) 2014
[6]功率AlGaN/GaN HEMT緩沖層設(shè)計和耐壓新結(jié)構(gòu)[D]. 尹江龍.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：2987860