p-GaN柵增強(qiáng)型HEMT（p-GaNE-HEMT）作為高頻高效的中低壓功率電子器件的一種優(yōu)選方案,目前得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的認(rèn)可。提高器件的閾值電壓、降低其導(dǎo)通電阻率、實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定可靠的柵控性能仍是p-GaN E-HEMT的研究重點(diǎn)。采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積（MOCVD）二次外延技術(shù),可以在圖形化的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)上（AlGaN勢(shì)壘層?xùn)艆^(qū)薄、非柵區(qū)厚）外延出p-GaN柵結(jié)構(gòu),有助于實(shí)現(xiàn)更高的閾值電壓、更低的導(dǎo)通電阻率等優(yōu)異性能。本文圍繞二次外延p-GaN E-HEMT的器件仿真與設(shè)計(jì)、p-GaN的二次外延生長(zhǎng)、器件工藝開(kāi)發(fā)、以及器件性能測(cè)試等展開(kāi)了較為深入、系統(tǒng)的研究,主要內(nèi)容包括:1.利用Silvaco仿真軟件對(duì)p-GaNE-HEMT的基本性能、耐壓特性以及動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真分析,從物理機(jī)制角度深入地理解器件性能的影響因素及規(guī)律。仿真給出了與實(shí)際器件結(jié)果相當(dāng)?shù)幕拘阅?分析了關(guān)態(tài)下器件電場(chǎng)分布的影響因素及規(guī)律:發(fā)現(xiàn)源場(chǎng)板的長(zhǎng)度、場(chǎng)板介質(zhì)厚度基本只影響GaN中的水平電場(chǎng)分布,而GaN緩沖層中的缺陷類型與濃度則同時(shí)影響水平電場(chǎng)和垂直電場(chǎng)的分布;采用OFF-ON切換、脈沖模式... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：139 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１電能的輸送與應(yīng)用??

ｍｉｔ??Ｓｉ?Ｌｉｍｉｔ??ａ＞?ｗ??＾??５?臞?Ｉ?〇／?／??７?．?〇〇?；?／??名?Ｗ?＾?°?＾?ＧａＮ?Ｌｉｍｉｔ??？?Ｙ?°?▲?／?／??〇?ｉ?Ｚ?ｍ?＃?ｉ?／?／??ｉ?————口［／——??－〇Ｊ?？?Ｚ?Ａ?★?／??１０?１００?１０００?１００００??Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ?Ｖｏｌｔａｇｅ?（Ｖ）??？?Ｓ■鼸?Ｓｉ?ＳＪ?？Ｓｉ?ＩＧＢＴ?Ｏ?ＳｉＣ?ａ?ＧａＮ?ＨＥＭＴ?★ＧａＮ?Ｓｙｓｔｅｍｓ??圖１．２?Ｓｉ、ＳｉＣ和ＧａＮ的物理極限及當(dāng)前研究水平??增強(qiáng)型是電力電子器件安全工作的關(guān)鍵要求，即在高壓工作時(shí)，器件即使失??去柵控的狀態(tài)下也是安全的，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的燒毀。這就要求電力電子器件必須??是增強(qiáng)型的（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ－ｍｏｄｅ，也稱ｎｏｎｎａｌｌｙ－ｏｆｆ），即器件的閾值要在０Ｖ以上。??然而，從安全性角度考慮，器件設(shè)計(jì)閾值要求更高一些，主要因素包括：１）Ｍ１Ｓ??和ＭＯＳ結(jié)構(gòu)中由界面態(tài)充放電會(huì)導(dǎo)致閾值漂移［１４－１６］；?２）器件發(fā)熱和所處環(huán)??境溫度的提升會(huì)導(dǎo)致增強(qiáng)型Ｖｔｈ的負(fù)向漂移［１７］：?３）柵極控制電壓隨機(jī)噪音所帶??來(lái)的閾值抖動(dòng)［１８］。目前電動(dòng)汽車中所使用的Ｓｉ－ＩＧＢＴ閾值設(shè)計(jì)在５?Ｖ以上，主??要是基于以上考慮。典型Ｓｉ－ＩＧＢＴ從室溫升到１５０?°Ｃ后，可能由于本征載流子??的激發(fā)，閾值電壓下降了接近２?Ｖ。而相應(yīng)增強(qiáng)型ＧａＮ器件的閾值只下降了?０．５??Ｖ；目前報(bào)道的ＧａＮ基ＭＩＳ－ＨＥＭＴ由于存在大量的深能級(jí)界面態(tài)，最多能導(dǎo)致??將近２?Ｖ的閾值移動(dòng)［１９，?２０］；如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留０．５?Ｖ的柵

ｓｏｎｉｃ為代表的則采用的是“ｐ－ＧａＮ二次外延生長(zhǎng)法（Ｒｅ－ｇｒｏｗｔｈ??ｍｅｔｈｏｄ），先生長(zhǎng)至ＡｌＧａＮ厚勢(shì)壘層，然后將柵極區(qū)的ＡｌＧａＮ刻蝕掉，再放入??ＭＯＣＶＤ中重新二次外延生長(zhǎng)ＡｌＧａＮ／ｐ－ＧａＮ［６０，?６５］。還有一種是中科院蘇州納??米技術(shù)與納米仿生研究所的Ｈａｏ等人采用的氫離子鈍化法［６６，?６７］：在非柵極區(qū)??域的ｐ－ＧａＮ注入Ｈ離子以鈍化Ｍｇ，使非柵極區(qū)域的２ＤＥＧ恢復(fù)構(gòu)成導(dǎo)電通道。??（ａ）?（ｃ）??Ｐ－ＧａＮ－次外延?非棚區(qū)Ｓ離子ｉｉＸ??圖１．３?ｐ－ＧａＮ?Ｅ－ＨＥＭＴ的三種主要技術(shù)方案??三種ｐ型柵制備技術(shù)方案有著不同的核心問(wèn)題。Ｐ－ＧａＮ?—次外延方案中，??ＡｌＧａＮ在柵區(qū)和非柵區(qū)具有相同的厚度和Ａ１組分，為了得到較高的閾值電壓，??通常需要厚度�。ǎ保埃玻�?ｎｍ）、Ａ１組分較低（２０？２５?％）的ＡｌＧａＮ勢(shì)壘層，因?yàn)??此條件下２ＤＥＧ濃度較低（常在７￣９?ｘ?ｌ〇１２／ｃｍ２）之間；但非柵區(qū)較低的２ＤＥＧ??濃度會(huì)增加器件的導(dǎo)通電阻率。而且非柵區(qū)較薄的ＡｌＧａＮ勢(shì)壘層導(dǎo)致２ＤＥＧ很??容易受表／界面態(tài)、ｐ－ＧａＮ中Ｍｇ擴(kuò)散等情況的影響，使得其在導(dǎo)通電阻率和閾值??電壓之間需要折中考慮，綜合性能很難提高。采用ｐ－ＧａＮ二次外延方案，可以利??６??


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