GaN作為第三代半導(dǎo)體材料的典型代表,因其具有大的禁帶寬度、高載流子遷移率、高飽和電子速度等優(yōu)異特性而得到廣泛的關(guān)注。氮化鎵基異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)管（GaN HFET）是應(yīng)用最廣泛的GaN基功率器件之一,具有優(yōu)異的頻率特性、功率特性及擊穿特性。近年來研究者們不斷提出GaN功率器件的新技術(shù),使得GaN HFET器件的發(fā)展和應(yīng)用日趨成熟。但目前GaN HFET的發(fā)展仍存在著一些有待解決的問題,本文圍繞實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件及提升器件開關(guān)特性等方面,深入開展了新結(jié)構(gòu)器件及器件開關(guān)特性的研究。為了解決實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件的問題,本文創(chuàng)新性地提出了一種具有復(fù)合勢(shì)壘層的N面GaN HFET器件結(jié)構(gòu),將柵極下方的勢(shì)壘層材料由AlN替換為AlGaN和GaN的復(fù)合結(jié)構(gòu),減小了柵極下方溝道的極化強(qiáng)度及二維電子氣密度,從而實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)型特性。與常規(guī)N面結(jié)構(gòu)器件相比,閾值電壓由-1.4 V增大至1.3 V,同時(shí)器件的導(dǎo)通電阻低至11.7Ω·mm,與常規(guī)N面器件相差不大,并且峰值跨導(dǎo)由66mS/mm提高至103 mS/mm,而在相同的過驅(qū)動(dòng)電壓(V_GT=V_GS-V_th=... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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GaN功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域[8]

第一章緒論3圖1-1GaN功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域[8]圖1-2GaN器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻參數(shù)[9]衡量GaN器件性能的特性參數(shù)主要包括靜態(tài)特性（擊穿電壓、導(dǎo)通電阻等）和動(dòng)態(tài)特性（開關(guān)速度、動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻等）。圖1-2展示了GaN器件和其他器件的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻參數(shù)對(duì)比，可以看出，GaN器件可以獲得更高的擊穿電壓和更低的導(dǎo)通電阻，其理論極限高于Si和SiC。同時(shí)，一些現(xiàn)有的GaN基器件的特性已經(jīng)超過了Si材料的理論極限，這充分說明GaN器件具有的優(yōu)勢(shì)和潛力。由

第一章緒論5果表明，在沒有鈍化的情況下，輸出功率密度即達(dá)到3.0W/mm，且特征頻率fT和最大頻率fmax分別達(dá)到20GHz和38GHz，具有很好的頻率特性且抑制了電流崩塌。2007年，Kikkawa等人采用n型GaN帽層和Y型肖特基柵結(jié)構(gòu)制作了GaNHFET器件[19]，其Al組分為0.3，柵長為100nm，fT和fmax分別達(dá)到85GHz和180GHz，器件的效率、增益和可靠性也得到了很大的提高。2017年，RonghuiHao等人提出了一種帶有高阻GaN帽層的GaNHFET[20]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，器件的擊穿電壓高達(dá)1020V，在施加1000V的漏極電壓應(yīng)力時(shí)器件的動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻僅為靜態(tài)導(dǎo)通電阻的2.4倍。這表明通過引入GaN帽層提高了器件的擊穿電壓并有效抑制了電流崩塌效應(yīng)。圖1-3帶有p型帽層的GaNHFET結(jié)構(gòu)示意圖[18]GaN器件的緩沖層泄漏電流使得器件的關(guān)態(tài)性能變差，為解決這一問題，需要提高溝道對(duì)2DEG的限域性或增大緩沖層的電阻率，在緩沖層中引入背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)是一種很好的解決方法。2005年，PalaciosTJ等人在GaNHFET的緩沖層中引入了2nm厚的InGaN背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)[21]，其外延層結(jié)構(gòu)和能帶圖如圖1-4所示，器件柵長為160nm，fT和fmax分別達(dá)到128GHz和168GHz。從能帶圖中可以看出，InGaN背勢(shì)壘結(jié)構(gòu)的引入有效增加了溝道二維電子氣的限域性，減小了緩沖層泄漏電流。2006年，該小組又提出了引入InGaN/GaN背勢(shì)壘層的GaNHFET結(jié)構(gòu)[22]，增強(qiáng)了2DEG的限域性，提升了器件的跨導(dǎo)特性。該器件的柵長為100nm，fT和fmax分別達(dá)到153GHz和230GHz。2011年，LeeDS等人在InGaN/GaNHFET中引入了InGaN背勢(shì)壘[23]，該結(jié)構(gòu)有效抑制了短溝道效應(yīng)，其跨導(dǎo)為530mS/mm，fT達(dá)到300GHz。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]毫米波GaN基HEMT器件材料結(jié)構(gòu)發(fā)展的研究[J]. 張效瑋,賈科進(jìn),房玉龍,敦少博,馮志紅,趙正平.  半導(dǎo)體技術(shù). 2012(08)



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