文档介绍：河北工业大学
硕士学位论文
AlGaN/GaN HEMT逆压电效应模型及抑制技术的研究
姓名:兰立广
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:杨瑞霞;张志国
20091201
河北工业大学硕士学位论文
AlGaN/GaN HEMT 逆压电效应模型及抑制技术的研究
摘要
传统的微波功率器件(例如 Si,Ge)已经到达其性能极限,为了应用于未来无线通信
以及航空航天等领域,宽禁带半导体诸如 GaN、SiC 越来越受到科研人员的关注。
AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)可以克服宽禁带半导体低电子迁移率的缺点,特
别适合于高频高功率应用。
AlGaN/GaN 异质结由于自发极化效应和压电极化效应在界面处产生高浓度的二维电
子气(2DEG),与此同时,逆压电效应对 2DEG 也会产生影响。
首先,在文中提出了一种逆压电效应模型(即电致耦合模型)来计算 2DEG,在计算
过程中考虑到弛豫度与附加电场对材料压电极化效应的影响,结果发现压电极化电荷密度
低于传统利用压电模量方法的计算值,当 Al 组分 x 时,两种模型的计算值相差
%,由此可见,当电场作用于材料时,材料产生逆压电效应,导致压电极化电荷密度
降低。
其次,抑制逆压电效应,降低 HEMT 器件的电流崩塌量并提高器件的击穿电压,这对
于提高 GaN 器件的工作性能具有重要意义。通过在器件研制过程中采用源漏凹槽结构来改
变器件内电场分布,从而提高器件工作特性。实验结果初步表明,采用源漏凹槽结构不仅
可以降低源漏间电阻,且对于器件击穿特性的影响如下:源、漏以及源漏三种凹槽结构中,
源漏凹槽结构有利于提高器件栅漏击穿电压,在 80V 电压下栅极漏电流密度比源凹槽结构
低 ×10-4A/mm;源凹槽结构有利于提高栅源击穿电压,在 80V 电压下栅极漏电流密度
比漏凹槽结构低 ×10-4A/mm。源漏凹槽结构在抑制电流崩塌方面要优于另外两种凹槽
结构,电流崩塌量比未采用凹槽结构的器件低 %。综上可知,源漏凹槽结构可以抑制逆
压电效应,减小电流崩塌量并提高器件的击穿电压,这对于提高器件的工作特性具有重要
意义。
关键字:逆压电效应,氮化镓,电致耦合模型,二维电子气,凹槽,击穿电压
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AlGaN/GaN HEMT 逆压电效应模型及抑制技术的研究
AlGaN/GaN HEMT
Converse Piezoelectricity Model and Restrain Technology Research
ABSTRACT
Microwave power device with conventional semiconductors such as Si&Ge have
approached their performance limits. To meet the future need munications,national
defense and navigation&spaceflight,research effort have been directed to wide bandgap
semiconductors such as SiC and GaN. AlGaN/GaN HEMT have been chosen to e the
drawback of inherently low electron mobilities in the wide bandgap materials so that both high
power and high speed are feasible.
Spontaneous and strain induced polarization lead to a high positive polarization in the
AlGaN, resulting in a two-dimensional electron gas (2DEG) induced at the AlGaN/GaN
interface,and the converse piezoelectricity has influence on 2DEG as well.
Firstly,electromechanical coupled model concerning crystal relaxation was introduced,
which rela