因具有高擊穿電壓、高電子遷移率、高飽和電子速度和高載流子遷移率等優(yōu)異性能,硅基氮化鎵異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管（AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors,HEMTs）功率器件正成為下一代高效功率電子的強(qiáng)有力競爭者。因安全工作和簡化驅(qū)動電路設(shè)計等應(yīng)用需求,功率半導(dǎo)體器件通常采用增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)。目前業(yè)界最普遍采用的增強(qiáng)型GaN功率器件結(jié)構(gòu)是p型柵增強(qiáng)型GaN HEMTs和金屬-氧化物-半導(dǎo)體（Metal-Oxide-Semiconductor）增強(qiáng)型GaN HFETs（Metal-Oxide-Semiconductor Heterostructure Field Effect Transistors）。采用P型柵是當(dāng)前增強(qiáng)型的主流技術(shù)路線,各大半導(dǎo)體廠商紛紛推出p-GaN HEMTs功率器件產(chǎn)品,但其非絕緣的金屬/p-GaN/AlGaN/GaN柵結(jié)構(gòu),給p-GaN HEMTs功率器件穩(wěn)定性和可靠性帶來挑戰(zhàn)。此外,柵介質(zhì)/III-N界面高密度缺陷和GaN緩沖層體缺陷均會導(dǎo)致GaN MOSHFETs功率器件閾值不穩(wěn)定,引起器件可靠性問題,是該類器件實(shí)用... 

【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

【文章頁數(shù)】：119 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

終止于Ga面AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)及其極化強(qiáng)度與AlGaN層Al組分關(guān)系

電子被束縛在 AlxGa1-xN/GaN 異質(zhì)結(jié)界面處幾納米厚度的勢，此時溝道電子被稱為 2DEG（2 Dimensional Electron Gas）。勢阱空間隔離了與電離雜質(zhì)，降低電離散射，顯著提高 AlxGa1-xN/GaN 界面處電子遷移率。隨lxGa1-xN 勢壘層 Al 組分 x 增加，AlxGa1-xN/GaN 界面處 2DEG 面密度 ns（x）增加因合金散射加劇，界面電子遷移率下降。Shen 等在 AlxGa1-xN 與 GaN 間插入 1 nlN 薄層，有效降低 AlxGa1-xN 層對溝道電子的合金散射，提高界面電子遷移率[9表 1-1 所示，室溫下 AlxGa1-xN/GaN 界面電子遷移率約 1500-2000 cm2/V·s，明于 GaN 體材料。高電子濃度和高電子遷移率，使 AlxGa1-xN/GaN HEMTs 飽和密度高達(dá) 1-2A/mm，非常適合高頻、高功率密度功率電路應(yīng)用[10-11]。如圖 1-4 所示，在功率開關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域中 Si、GaAs 和 GaN 半導(dǎo)體材料的性能。與傳統(tǒng)的第一、二代半導(dǎo)體材料 Si 和 GaAs 相比較，第三代 GaN 寬禁帶半（a） （b）圖 1-3 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)界面極化電荷分布及導(dǎo)帶示意圖。（a）2DEG 示意圖；（b）導(dǎo)帶能帶及電荷分布[7]

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文導(dǎo)體廠商紛紛推出 GaN HEMTs 功率器件產(chǎn)品。據(jù)研究機(jī)pment 的數(shù)據(jù)顯示，2016 年全球 GaN 功率元器件產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為 12計到 2022 年該市場將成長到 4.6 億美元，年復(fù)合成長率高達(dá) 79 %，器件占六成，如圖 1-5 所示[13]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]AlGaN/GaN high electron mobility transistors with selective area grown p-GaN gates[J]. 黃宇亮,張連,程哲,張韻,艾玉杰,趙勇兵,路紅喜,王軍喜,李晉閩.  Journal of Semiconductors. 2016(11)



本文編號：3402923