AlGaN-GaN高电子迁移率晶体管漏电流退化机制研究ver2.doc

文档介绍：AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管漏电流退化机制研究*
任舰闫大为†顾晓峰
(轻工过程先进控制教育部重点实验室,江南大学电子工程系,江苏,无锡 214122)
本文首先制备了与AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构与特性等效的器件,并采用步进应力测试比较了不同栅压下的漏电流变化,然后通过验证退化前、后漏电流的传输机制和使用光发射显微镜(EMMI)观测器件表面的光发射,研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT):栅压在高于某临界值后,HEMT的漏电流随时间开始增加,,器件退化前、后的与都遵循良好的线性关系,表明退化前、后漏电流都以电子Frenkel-Poole (FP),与曲线斜率的降低和EMMI在器件栅边缘观察到的“热点”,表明引起器件漏电流退化的原因是高电场在AlGaN层产生了新的缺陷.
关键词:AlGaN/GaN,高电子迁移率晶体管,漏电流,退化机制
PACS:. , .-c
*国家自然科学基金(批准号:11074280)、江苏省自然科学基金(批准号:BK2012110)、中央高校基本科研业务费专项资金(批准号:JUSRP51323B)、江苏高校优势学科建设工程资助项目和江苏省六大人才高峰资助项目(批准号:DZXX-053).
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1 引言
近年来,GaN基半导体因其宽禁带( eV)、高击穿电场(3 MV/cm)、高热稳定性和高电子饱和速度(2×107 cm/s)
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在高温、大功率微波器件方面极具应用前景[1].但是,AlGaN/GaN ,Jungwoo Jon等人[2]指出AlGaN/GaN HEMT在栅漏电压高于某临界值后开始退化,,Marcon等人[3]指出该退化是一个时间依赖过程,即使电压低于临界值,,降低器件集成度,,澄清该退化的本质,,造成漏电流退化的原因和机制存在较大的争议,主要包括高电场机制[4]、逆压电效应[2]、热电子诱发缺陷效应[5]、欧姆和栅极金属材料退化[6],确定器件漏电流的主导机制以及对漏电流的量化分析能够更准确的判断其退化机制,,由于AlGaN/GaN HEMT漏电流的传输机制有隧穿和Frenkel-Poole (FP)发射两种不同的说法,因此,,相关的文献还较少。
基于此,本文制备了与AlGaN/GaN HEMT结构与特性等效但能更方便地研究漏电流的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管,采用步进应力测试比较不同栅压对器件退化的影响,并通过电流-电压和电容-电压曲线测量计算来验证器件退化前、,使用光发射显微镜(EMMI)来探测退化过程中的光发射,探究AlGaN/GaN ,可以侦测到非常微小的光放射,所以可以用来准确定位失效位置.
2 器件制备与测试
实验研究的器件是与AlGaN/GaN HEMT等效的AlGaN/GaN异质结肖特基二极管,该结构更方便对漏电流的研究,其横截面示意图和平面照片如图
1 (a)和(b)所示. AlGaN/GaN异质结肖特基二极管通过金属有机物气相沉积(MOCVD)法在(0001)面蓝宝石衬底上生长制备而成, μm非掺杂GaN层,18 ,通过电容-电压计算得到该异质界面的二维电子气(2DEG)×1012 cm- μm的圆形肖特基电极和间距为20 ,然后在800 oC 氮气气氛中快速热退火获得,Ni/Au (50/300 nm)肖特基圆形接触采用标准光刻life-,利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)蒸镀了一层二氧化硅作为钝化层.
采用安捷伦B1500A精密半导体参数分析仪对器件