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F离子注入新型Al0.25Ga0.75 N/GaN HEMT 器件耐压分析

段宝兴 杨银堂 陈敬

F离子注入新型Al0.25Ga0.75 N/GaN HEMT 器件耐压分析

段宝兴, 杨银堂, 陈敬
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  • 为了缓解AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT)器件 n型GaN缓冲层高的泄漏电流, 本文提出了具有氟离子注入新型Al0.25Ga0.75N/GaN HEMT器件新结构. 首先分析得出n型GaN缓冲层没有受主型陷阱时, 器件输出特性为欧姆特性, 这样就从理论和仿真方面解释了文献生长GaN缓冲层掺杂Fe, Mg等离子的原因. 利用器件输出特性分别分析了栅边缘有和没有低掺杂漏极时, 氟离子分别注入源区、栅极区域和漏区的情况, 得出当氟离子注入源区时, 形成的受主型陷阱能有效俘获源极发射的电子而减小GaN缓冲层的泄漏电流, 击穿电压达到262 V. 通过减小GaN缓冲层体泄漏电流, 提高器件击穿电压, 设计具有一定输出功率新型AlGaN/GaN HEMT 提供了科学依据.
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 61106076)和国家自然科学基金重点项目(批准号: 61234006) 资助的课题.
    [1]

    Malinowski P E, Joachim John, Jean Yves Duboz 2009 IEEE Electron Device Lett. 23 1308

    [2]

    Chumbes E M, Schremer A T, Smart J A 2001 IEEE Transactions on Electron Devices 48 420

    [3]

    Song D, Liu J, Cheng Z Q, Wilson C W, Tang K M L, Chen K J 2007 IEEE Electron Device Lett. 28 189

    [4]

    Ando Y, Okamoto Y, Miyamoto H, Nakayama T, Inoue T, Kuzuhara M 2003 IEEE Electron Device Lett. 24 289

    [5]

    Saxler Y F W A, Moore M, Smith R P, Sheppard S, Chavarkar P M, Wisleder U K M, Parikh D P 2004 IEEE Electron Device Lett. 25 117

    [6]

    Hsien C C, Chia S C, Yuan J S 2005 Semicond. Sci. Techno. 20 1183

    [7]

    Tipirneni N, Koudymov A, Adivarahan V, Yang J G S, Asif Khan M 2006 IEEE Electron Device Lett. 27 716

    [8]

    Subramaniam A, Takashi E, Lawrence S and Hiroyasu I 2006 Japanese Journal of Applied Physics 45 L220

    [9]

    Bardwell J A, Haffouz S, McKinnon W R, Storey C, Tang H, Sproule G I, Roth D, Wang R 2007 Electrochemical and Solid-State Letters 10 H46

    [10]

    Arulkumaran S, Liu Z H, Ng G I, Cheong W C, Zeng R, Bu J, Wang H, Radhakrishnan K, Tan C L 2007 Thin Solid Films 515 4517

    [11]

    Arulkumaran S, Egawa T, Ishikawa H, Jimbo T 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3110

    [12]

    Chen X B, Johnny K O S 2001 IEEE Trans Electron Devices. 48 344

    [13]

    Sameh G, Nassif K, Salama C A T 2003 IEEE Trans. Electron Devices. 50 1385

    [14]

    Shreepad K, Michael S S, Grigory S 2005 Trans. Electron Devices. 52 2534

    [15]

    Wataru S, Masahiko K, Yoshiharu T 2005 IEEE Trans. Electron Devices 52 106

    [16]

    Duan B X, Yang Y T 2012 Micro & Nano Letter. 7 9

    [17]

    Duan B X, Yang Y T 2012 Sci China Inf Sci. 55 473

    [18]

    Hidetoshi I, Daisuke S, Manabu Y, Yasuhiro U, Hisayoshi M, Tetsuzo U, Tsuyoshi T, Daisuke U 2008 IEEE Electron Device Lett. 29 1087

    [19]

    Duan B X, Yang Y T, Zhang B, Hong X F 2009 IEEE Electron Device Lett. 30 1329

    [20]

    Duan B X, Yang Y T, Zhang B 2009 IEEE Electron Device Lett. 30 305

    [21]

    Duan B X, Yang Y T 2011 IEEE Trans. Electron Devices 58 2057

    [22]

    Duan B X, Yang Y T, Zhang B 2010 Solid-State Electronics 54 685

    [23]

    Shreepad K, Deng J Y, Michael S S, Remis G 2001 IEEE Electron Device Lett. 22 373

    [24]

    Heikman S, Keller S, DenBaars S P, Mishra U K 2002 Appl. Phys. Lett. 81 439

    [25]

    Tang H, Webb J B, Bardwell J A, Raymond S, Salzman J, Uzan-Saguy C 2001 Appl. Phys. Lett. 78 757

    [26]

    Webb J B, Tang H, Rolfe S, Bardwell J A 1999 Appl. Phys. Lett. 75 953

    [27]

    Katzer D S, Storm D F, Binari S C, Roussos J A, Shanabrook B V, Glaser E R 2003 J. Cryst. Growth. 251 481

    [28]

    Poblenz C, Waltereit P, Rajan S, Heikman S, Mishra U K, Speck J S 2004 J. Vac. Sci. Technol. B 22 114

  • [1]

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    Tipirneni N, Koudymov A, Adivarahan V, Yang J G S, Asif Khan M 2006 IEEE Electron Device Lett. 27 716

    [8]

    Subramaniam A, Takashi E, Lawrence S and Hiroyasu I 2006 Japanese Journal of Applied Physics 45 L220

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    Arulkumaran S, Liu Z H, Ng G I, Cheong W C, Zeng R, Bu J, Wang H, Radhakrishnan K, Tan C L 2007 Thin Solid Films 515 4517

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    Hidetoshi I, Daisuke S, Manabu Y, Yasuhiro U, Hisayoshi M, Tetsuzo U, Tsuyoshi T, Daisuke U 2008 IEEE Electron Device Lett. 29 1087

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  • [1] 郭亮良, 冯 倩, 郝 跃, 杨 燕. 高击穿电压的AlGaN/GaN FP-HEMT研究与分析. 物理学报, 2007, 56(5): 2895-2899. doi: 10.7498/aps.56.2895
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    [3] 王鑫华, 赵妙, 刘新宇, 蒲颜, 郑英奎, 魏珂. AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率器件的电容电压特性的经验拟合. 物理学报, 2011, 60(4): 047101. doi: 10.7498/aps.60.047101
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    [10] 朱彦旭, 曹伟伟, 徐晨, 邓叶, 邹德恕. GaN HEMT欧姆接触模式对电学特性的影响. 物理学报, 2014, 63(11): 117302. doi: 10.7498/aps.63.117302
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    [12] 李东临, 曾一平. InP基HEMT器件中二维电子气浓度及分布与沟道层厚度关系的理论分析. 物理学报, 2006, 55(7): 3677-3682. doi: 10.7498/aps.55.3677
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    [14] 张进成, 郑鹏天, 董作典, 段焕涛, 倪金玉, 张金凤, 郝跃. 背势垒层结构对AlGaN/GaN双异质结载流子分布特性的影响. 物理学报, 2009, 58(5): 3409-3415. doi: 10.7498/aps.58.3409
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    [16] 任舰, 闫大为, 顾晓峰. AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究. 物理学报, 2013, 62(15): 157202. doi: 10.7498/aps.62.157202
    [17] 段宝兴, 杨银堂, Kevin J. Chen. 新型Si3N4层部分固定正电荷AlGaN/GaN HEMTs器件耐压分析. 物理学报, 2012, 61(24): 247302. doi: 10.7498/aps.61.247302
    [18] 刘静, 王琳倩, 黄忠孝. 基于凹槽结构抑制AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌效应. 物理学报, 2019, 68(24): 248501. doi: 10.7498/aps.68.20191311
    [19] 张力, 林志宇, 罗俊, 王树龙, 张进成, 郝跃, 戴扬, 陈大正, 郭立新. 具有p-GaN岛状埋层耐压结构的横向AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管. 物理学报, 2017, 66(24): 247302. doi: 10.7498/aps.66.247302
    [20] 董世剑, 郭红霞, 马武英, 吕玲, 潘霄宇, 雷志锋, 岳少忠, 郝蕊静, 琚安安, 钟向丽, 欧阳晓平. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电离辐照损伤机理及偏置相关性研究. 物理学报, 2020, 69(7): 078501. doi: 10.7498/aps.69.20191557
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-04-23
  • 修回日期:  2012-06-18
  • 刊出日期:  2012-11-05

F离子注入新型Al0.25Ga0.75 N/GaN HEMT 器件耐压分析

  • 1. 西安电子科技大学, 微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071;
  • 2. 香港科技大学电子与计算机工程系, 香港
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年科学基金(批准号: 61106076)和国家自然科学基金重点项目(批准号: 61234006) 资助的课题.

摘要: 为了缓解AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT)器件 n型GaN缓冲层高的泄漏电流, 本文提出了具有氟离子注入新型Al0.25Ga0.75N/GaN HEMT器件新结构. 首先分析得出n型GaN缓冲层没有受主型陷阱时, 器件输出特性为欧姆特性, 这样就从理论和仿真方面解释了文献生长GaN缓冲层掺杂Fe, Mg等离子的原因. 利用器件输出特性分别分析了栅边缘有和没有低掺杂漏极时, 氟离子分别注入源区、栅极区域和漏区的情况, 得出当氟离子注入源区时, 形成的受主型陷阱能有效俘获源极发射的电子而减小GaN缓冲层的泄漏电流, 击穿电压达到262 V. 通过减小GaN缓冲层体泄漏电流, 提高器件击穿电压, 设计具有一定输出功率新型AlGaN/GaN HEMT 提供了科学依据.

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