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AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究

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

任舰, 闫大为, 顾晓峰
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  • 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AlGaN/GaN异质结肖特基二极管, 采用步进应力测试比较了不同栅压下器件漏电流的变化情况, 然后基于电流-电压和电容-电压测试验证了退化前后漏电流的传输机理, 并使用失效分析技术光发射显微镜 (EMMI) 观测器件表面的光发射, 研究了漏电流的时间依赖退化机理. 实验结果表明: 在栅压高于某临界值后, 器件漏电流随时间开始增加, 同时伴有较大的噪声. 将极化电场引入电流与电场的依赖关系后, 器件退化前后的 log(IFT/E)与E 都遵循良好的线性关系, 表明漏电流均由电子Frenkel-Poole (FP) 发射主导. 退化后 log(IFT/E)与E 曲线斜率的减小, 以及利用EMMI在栅边缘直接观察到了与缺陷存在对应关系的热点, 证明了漏电流退化的机理是: 高电场在AlGaN层中诱发了新的缺陷, 而缺陷密度的增加导致了FP发射电流IFT的增加.
    • 基金项目: 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, JUDCF13038);江苏高校优势学科建设工程项目;江苏省六大人才高峰项目(批准号: DZXX-053)和江苏省普通高校研究生创新计划(批准号: CXLX13-740)资助的课题.
    [1]

    Wang X W, Omair I S, Xi B, Lou X B, Richard J M 2012 Appl. Phys. Lett. 101 232109

    [2]

    Zhang Z W, Zhu C F, Fong W K, Surya C 2011 Solid-State Electronics 62 94

    [3]

    Toyoda S, Shinohara T, Kumigashira H, Oshima M, Kato Y 2012 Appl. Phys. Lett. 101 231607

    [4]

    Eastman L F, Tilak V, Smart J, Bruce M G, Eduardo M C, Dimtrov R 2001 IEEE Transactions on Electron Devices 48 479

    [5]

    Joh J, Alamo J A 2008 IEEE Electron Device Letters 29 287

    [6]

    Marcon D, Kauerauf T, Medjdoub T, Das J, Van H M 2010 IEEE IEDM San Francisco, CA Dec. 6-8, 2010 472

    [7]

    Gu W P, Hao Y, Zhang J C, Wang C, Feng Q, Ma X H 2009 Acta Phys. Sin. 58 511 (in Chinese) [谷文萍, 郝跃, 张进城, 王冲, 冯倩, 马晓华 2009 物理学报 58 511]

    [8]

    Chang C Y, Douglas E A, Jinhyung K, Liu L 2011 IEEE Trans. Device Mater. Rel. 11 187

    [9]

    Meneghesso G, Verzellesi G, Danesin F, Francesca D, Fabiana R 2008 IEEE Trans. Device Mater. Rel. 8 332

    [10]

    Piner E, Singhal S, Rajagopal P, Therrien R, Roberts J C, Li T 2006 IEDM San Francisco, CA Dec. 11-13, 2006 411

    [11]

    Karmalkar S, Sathaiya D M 2003 Appl. Phys. Lett. 82 3976

    [12]

    Yan D W, Lu H, Cao D S 2010 Appl. Phys. Lett. 97 153503

    [13]

    Garrido J A, Jiménez A, Munoz E 1999 Phys. Status Solidi A 176 195

    [14]

    Winzer A T, Goldhahn R, Gobsch G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 181912

    [15]

    Kurtz S R, Allerman A A, Koleske D D, Peake G M 2002 Appl. Phys. Lett. 80 4549

    [16]

    Ryuzaki D, Ishida T, Furusawa T 2003 J. Electrochem. Soc. 150 F203

    [17]

    Yeargan J R, Taylor H L 1968 J. Appl. Phys. 39 5600

    [18]

    Wang X H, Wang J H, Pang L, Chen X J, Yuan T T, Luo W J, Liu X Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 177302 (in Chinese) [王鑫华, 王建辉, 庞磊, 陈晓娟, 袁婷婷, 罗卫军, 刘新宇 2012 物理学报 61 177302]

  • [1]

    Wang X W, Omair I S, Xi B, Lou X B, Richard J M 2012 Appl. Phys. Lett. 101 232109

    [2]

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    Toyoda S, Shinohara T, Kumigashira H, Oshima M, Kato Y 2012 Appl. Phys. Lett. 101 231607

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    Eastman L F, Tilak V, Smart J, Bruce M G, Eduardo M C, Dimtrov R 2001 IEEE Transactions on Electron Devices 48 479

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    [8]

    Chang C Y, Douglas E A, Jinhyung K, Liu L 2011 IEEE Trans. Device Mater. Rel. 11 187

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    Meneghesso G, Verzellesi G, Danesin F, Francesca D, Fabiana R 2008 IEEE Trans. Device Mater. Rel. 8 332

    [10]

    Piner E, Singhal S, Rajagopal P, Therrien R, Roberts J C, Li T 2006 IEDM San Francisco, CA Dec. 11-13, 2006 411

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    Yan D W, Lu H, Cao D S 2010 Appl. Phys. Lett. 97 153503

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    Winzer A T, Goldhahn R, Gobsch G 2005 Appl. Phys. Lett. 86 181912

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    Ryuzaki D, Ishida T, Furusawa T 2003 J. Electrochem. Soc. 150 F203

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    Wang X H, Wang J H, Pang L, Chen X J, Yuan T T, Luo W J, Liu X Y 2012 Acta Phys. Sin. 61 177302 (in Chinese) [王鑫华, 王建辉, 庞磊, 陈晓娟, 袁婷婷, 罗卫军, 刘新宇 2012 物理学报 61 177302]

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    [2] 马骥刚, 马晓华, 张会龙, 曹梦逸, 张凯, 李文雯, 郭星, 廖雪阳, 陈伟伟, 郝跃. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中kink效应的半经验模型. 物理学报, 2012, 61(4): 047301. doi: 10.7498/aps.61.047301
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    [8] 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
    [9] 魏 巍, 郝 跃, 冯 倩, 张进城, 张金凤. AlGaN/GaN场板结构高电子迁移率晶体管的场板尺寸优化分析. 物理学报, 2008, 57(4): 2456-2461. doi: 10.7498/aps.57.2456
    [10] 唐文昕, 郝荣晖, 陈扶, 于国浩, 张宝顺. 1000 V p-GaN混合阳极AlGaN/GaN二极管. 物理学报, 2018, 67(19): 198501. doi: 10.7498/aps.67.20181208
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-03-03
  • 修回日期:  2013-03-31
  • 刊出日期:  2013-08-05

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管漏电流退化机理研究

  • 1. 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, 无锡 214122
    基金项目: 

    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, JUDCF13038)

    江苏高校优势学科建设工程项目

    江苏省六大人才高峰项目(批准号: DZXX-053)和江苏省普通高校研究生创新计划(批准号: CXLX13-740)资助的课题.

摘要: 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AlGaN/GaN异质结肖特基二极管, 采用步进应力测试比较了不同栅压下器件漏电流的变化情况, 然后基于电流-电压和电容-电压测试验证了退化前后漏电流的传输机理, 并使用失效分析技术光发射显微镜 (EMMI) 观测器件表面的光发射, 研究了漏电流的时间依赖退化机理. 实验结果表明: 在栅压高于某临界值后, 器件漏电流随时间开始增加, 同时伴有较大的噪声. 将极化电场引入电流与电场的依赖关系后, 器件退化前后的 log(IFT/E)与E 都遵循良好的线性关系, 表明漏电流均由电子Frenkel-Poole (FP) 发射主导. 退化后 log(IFT/E)与E 曲线斜率的减小, 以及利用EMMI在栅边缘直接观察到了与缺陷存在对应关系的热点, 证明了漏电流退化的机理是: 高电场在AlGaN层中诱发了新的缺陷, 而缺陷密度的增加导致了FP发射电流IFT的增加.

English Abstract

参考文献 (18)

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