GaN基高電子遷移率晶體管具有耐高壓、耐高溫、高功率密度、工作頻率高等特點(diǎn),是具有前景的電力電子器件之一。自GaN HEMTs誕生以來,經(jīng)過近30年的發(fā)展,出現(xiàn)了商用化產(chǎn)品并成功應(yīng)用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。肖特基型P-GaN Gate HEMTs是當(dāng)今業(yè)界商用增強(qiáng)型器件的解決方案之一,但因其復(fù)雜的PGaN/AlGaN/GaN多層?xùn)艠O結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其動態(tài)特性不穩(wěn)定,諸如動態(tài)閾值電壓、動態(tài)導(dǎo)通電阻、短路魯棒性等動態(tài)可靠性成為近年來被諸多國內(nèi)外學(xué)者研究。此外高柵極電壓擺幅的增強(qiáng)型GaN MOS-HEMTs的制備以及動態(tài)特性研究亦是業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)之一。基于P-GaN Gate HEMTs復(fù)雜的柵極結(jié)構(gòu)以及GaN器件不同于Si器件的靜態(tài)擊穿特性,在功率器件開關(guān)過程中,其擊穿特性影響著系統(tǒng)可靠性及關(guān)斷損耗。本論文以GaN HEMTs功率器件的動態(tài)擊穿特性為研究對象,從實(shí)驗(yàn)室提出的P-GaN Gate HEMTs柵極載流子輸運(yùn)模型出發(fā),提出空穴注入誘使溝道勢壘降低效應(yīng),揭示了P-GaN Gate HEMTs動態(tài)軟擊穿的原因。在研制UTB-GaN MOS-HEMTs的基礎(chǔ)上,對其動態(tài)漏極偏置后的擊穿特性進(jìn)行了表征... 

【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)】：75 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

GaN、Si和4H-SiC器件比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓之間極限關(guān)系[3]

電子科技大學(xué)碩士論文41.1.3GaN功率器件的應(yīng)用領(lǐng)域GaN最早應(yīng)用于光學(xué)領(lǐng)域并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，隨后GaN憑借其優(yōu)異的高頻特性成為了微波射頻領(lǐng)域的寵兒，近年來5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的普及，更是給了GaN在射頻領(lǐng)域大展拳腳的舞臺。GaN功率器件雖然發(fā)展較晚，但也在市場中有了自己的一席之地。如圖1-2所示，根據(jù)權(quán)威電子市場分析公司Yole預(yù)測，在GaN功率器件發(fā)展順利的情況下，將在快充充電器、雷達(dá)、數(shù)據(jù)中心、無線充電和電動/混動新能源汽車等領(lǐng)域大放異彩，其市場規(guī)模將達(dá)到數(shù)十億美元。圖1-2GaN功率器件應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展預(yù)測1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1991年，美國弗吉尼亞大學(xué)的M.A.Khan等人于第一次通過低壓金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（LP-MOCVD）成功在藍(lán)寶石襯底上生長出高電子遷移率的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)[4]，在1993年研發(fā)出第一支耗盡型GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）[5]，從此揭開了研究GaNHEMTs的狂潮。時隔僅一年，首支柵極長度為0.25μm的高頻微波AlGaN/GaNHEMTs問世，其fT達(dá)到11GHz，fmax更是達(dá)到35GHz[6]。由于GaNHEMTs優(yōu)異的高頻特性，GaNHEMTs在微波射頻領(lǐng)域迅速嶄露頭角。但直到2001年，N.Q.Zhang,B.Moran等人成功實(shí)現(xiàn)了1050V的高擊穿電壓GaN功率器件[7]后，GaN功率器件才開始進(jìn)入發(fā)展的高速公路。目前GaN功率器件的主要研究方向有：硅基GaN材料外延生長技術(shù)，增強(qiáng)型GaNHEMTs的實(shí)現(xiàn)、GaNHEMTs的可靠性研究、GaN功率器件驅(qū)動技術(shù)。1.2.1硅基GaN外延材料生長技術(shù)GaN外延材料生長是制備高性能GaN功率器件的第一步也是最關(guān)鍵的一步，

電子科技大學(xué)碩士論文10圖2-1GaN纖鋅礦結(jié)構(gòu)示意圖（左圖為Ga面，右圖為N面）[28]由于氮的電負(fù)性比鎵高，Ga和N原子分別具有陽離子(+)和陰離子(-)特性，從而導(dǎo)致電極化。雖然在GaN材料內(nèi)部消除了極化，但是在切割面的不對稱性，在c軸上產(chǎn)生了特定的極化，稱為自發(fā)極化（spontaneouspolarization）效應(yīng)[30-31]。其自發(fā)極化方向是從陰離子指向陽離子即（即圖2-1中沿c軸從N指向Ga），Ga面和N面GaN晶體切割面所帶電性如圖2-2所示，GaN材料的自發(fā)極化的強(qiáng)度是0.029C/m2[32]。------------------------------------++++++++++++++++++++++PspGa極性面++++++++++++++++++++++------------------------------------PspN極性面(a)(b)圖2-2GaN材料中的自發(fā)極化效應(yīng)示意圖。（a）Ga極性面；（b）N極性面2.1.1.1.2壓電極化當(dāng)異質(zhì)結(jié)形成時伴隨著晶格匹配，晶格匹配有三種模式：完全匹配、張應(yīng)力和壓應(yīng)力。完全匹配是上下兩層異質(zhì)結(jié)之間互相匹配的兩對原子之間（即同側(cè)的一對原子之間）的間距相同，兩層材料之間無機(jī)械應(yīng)力。張應(yīng)力是上層異質(zhì)結(jié)材料中參與匹配的兩個原子的間距的小于下層異質(zhì)結(jié)材料中參與匹配的兩個原子的間距，上層材料異質(zhì)結(jié)處表面被迫伸張，受到張應(yīng)力。壓應(yīng)力則與之相反。

【參考文獻(xiàn)】：
博士論文
[1]氮化鎵異質(zhì)結(jié)晶體管電荷控制模型與新結(jié)構(gòu)[D]. 汪志剛.電子科技大學(xué) 2013



本文編號：3123928