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中子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电特性的影响

谷文萍 张林 李清华 邱彦章 郝跃 全思 刘盼枝

中子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电特性的影响

谷文萍, 张林, 李清华, 邱彦章, 郝跃, 全思, 刘盼枝
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  • 本文采用能量为1 MeV 的中子对SiN钝化的AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)器件进行了最高注量为1015 cm-2的辐照. 实验发现: 当注量小于1014 cm-2时,器件特性退化很小,其中栅电流有轻微变化(正向栅电流IF 增加,反向栅电流IR减小),随着中子注量上升,IR迅速降低. 而当注量达到1015 cm-2时,在膝点电压附近,器件跨导有所下降. 此外,中子辐照后,器件欧姆接触的方块电阻退化很小,而肖特基特性退化却相对明显. 通过分析发现辐照在SiN钝化层中引入的感生缺陷引起了膝点电压附近漏电流和反向栅泄漏电流的减小. 以上结果也表明,SiN钝化可以有效地抑制中子辐照感生表面态电荷,从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响. 这也证明SiN钝化的AlGaN/GaN HEMT 器件很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:513270407, 61354)、预先研究项目(批准号:51311050112, 51308030102, 51308040301)、中央高校基本科研业务费(批准号:CHD2012JC095)和陕西省自然科学基金(批准号:2013JQ7028)资助的课题.
    [1]

    Simin G, Hu X, Ilinskaya N, Zhang J, Tarakji A, Kumar A, Yang J, Asif Khan M, Gaska R, Shur M S 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 53

    [2]

    Daumiller I, Theron D, Gaquiere C, Vescan A, Dietrich R, Wieszt A, Leier H, Vetury R, Mishra U K, Smorchkova I P, Keller S, Nguyen N X, Nguyen C, Kohn E 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 62

    [3]

    Look D C, Reynolds D C, Hemsky J W, Sizelove J R, Jones R L, Molnar R J 1997 Phys. Rev. Lett. 79 2273

    [4]

    Luo B, Johnson J W, Ren F, Allums K K, Abernathy C R, Pearton S J, Dwivedi R, Fogarty T N, Wilkins R, Dabiran A M, Wowchack A M, Polley C J, Chow P P, Baca A G 2002 J. Electron. Mater. 31 437

    [5]

    Hu X, Choi B K, Barnaby H J, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Shojah-Ardalan S L S, Wilkins R, Mishra U K, Dettmer R W 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 293

    [6]

    McClory J W 2008 Ph. D. Dissertation (Alabama: Air University)

    [7]

    Gu W P, Zhang J C, Wang C, Feng Q, Ma X H, Hao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1161 (in Chinese) [谷文萍, 张进成, 王冲, 冯倩, 马晓华, 郝跃 2009 物理学报 58 1161]

    [8]

    Polyakov A Y, Smirnov N B, Govorkov A V, Markov A V, Pearton S J, Kolin N G, Merkurisov D I, Boiko V M 2005 J. Appl. Phys. 98 033529

    [9]

    Zhang M L, Wang X L, Xiao H L, Wang C M, Ran J X, Hu G X 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1045

    [10]

    McClory J W, Petrosky J C, Sattler M, Jarzen T A 2007 IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 1969

    [11]

    Xue F S 2007 Nanoelectron. Dev. Technol. 11 1671 (in Chinese) [薛舫时 2007 纳米器件与技术 11 1671]

    [12]

    Cai S J, Tang Y S, Li R, Wei Y Y, Wang K L 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 304

    [13]

    Wilson R G, Pearton S J, Abernathy C R, Zavada J M 1995 Appl. Phys. Lett. 66 2238

  • [1]

    Simin G, Hu X, Ilinskaya N, Zhang J, Tarakji A, Kumar A, Yang J, Asif Khan M, Gaska R, Shur M S 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 53

    [2]

    Daumiller I, Theron D, Gaquiere C, Vescan A, Dietrich R, Wieszt A, Leier H, Vetury R, Mishra U K, Smorchkova I P, Keller S, Nguyen N X, Nguyen C, Kohn E 2001 IEEE Electron Dev. Lett. 22 62

    [3]

    Look D C, Reynolds D C, Hemsky J W, Sizelove J R, Jones R L, Molnar R J 1997 Phys. Rev. Lett. 79 2273

    [4]

    Luo B, Johnson J W, Ren F, Allums K K, Abernathy C R, Pearton S J, Dwivedi R, Fogarty T N, Wilkins R, Dabiran A M, Wowchack A M, Polley C J, Chow P P, Baca A G 2002 J. Electron. Mater. 31 437

    [5]

    Hu X, Choi B K, Barnaby H J, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Shojah-Ardalan S L S, Wilkins R, Mishra U K, Dettmer R W 2004 IEEE Trans. Nucl. Sci. 51 293

    [6]

    McClory J W 2008 Ph. D. Dissertation (Alabama: Air University)

    [7]

    Gu W P, Zhang J C, Wang C, Feng Q, Ma X H, Hao Y 2009 Acta Phys. Sin. 58 1161 (in Chinese) [谷文萍, 张进成, 王冲, 冯倩, 马晓华, 郝跃 2009 物理学报 58 1161]

    [8]

    Polyakov A Y, Smirnov N B, Govorkov A V, Markov A V, Pearton S J, Kolin N G, Merkurisov D I, Boiko V M 2005 J. Appl. Phys. 98 033529

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    Zhang M L, Wang X L, Xiao H L, Wang C M, Ran J X, Hu G X 2008 Chin. Phys. Lett. 25 1045

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    McClory J W, Petrosky J C, Sattler M, Jarzen T A 2007 IEEE Trans. Nucl. Sci. 54 1969

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    Cai S J, Tang Y S, Li R, Wei Y Y, Wang K L 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 304

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    Wilson R G, Pearton S J, Abernathy C R, Zavada J M 1995 Appl. Phys. Lett. 66 2238

  • [1] 刘乃漳, 张雪冰, 姚若河. AlGaN/GaN 高电子迁移率器件外部边缘电容的物理模型. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191931
    [2] 刘丽, 刘杰, 曾健, 翟鹏飞, 张胜霞, 徐丽君, 胡培培, 李宗臻, 艾文思. 快重离子辐照对YBa2Cu3O7-δ薄膜微观结构及载流特性的影响. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191914
    [3] 张战刚, 雷志锋, 童腾, 李晓辉, 王松林, 梁天骄, 习凯, 彭超, 何玉娟, 黄云, 恩云飞. 14 nm FinFET和65 nm平面工艺静态随机存取存储器中子单粒子翻转对比. 物理学报, 2020, 69(5): 056101. doi: 10.7498/aps.69.20191209
    [4] 梁琦, 王如志, 杨孟骐, 王长昊, 刘金伟. Al2O3衬底无催化剂生长GaN纳米线及其光学性能研究. 物理学报, 2020, (): . doi: 10.7498/aps.69.20191923
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出版历程
  • 收稿日期:  2013-10-15
  • 修回日期:  2013-11-01
  • 刊出日期:  2014-02-20

中子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件电特性的影响

  • 1. 长安大学电子与控制工程学院, 西安 710064;
  • 2. 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
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:513270407, 61354)、预先研究项目(批准号:51311050112, 51308030102, 51308040301)、中央高校基本科研业务费(批准号:CHD2012JC095)和陕西省自然科学基金(批准号:2013JQ7028)资助的课题.

摘要: 本文采用能量为1 MeV 的中子对SiN钝化的AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管)器件进行了最高注量为1015 cm-2的辐照. 实验发现: 当注量小于1014 cm-2时,器件特性退化很小,其中栅电流有轻微变化(正向栅电流IF 增加,反向栅电流IR减小),随着中子注量上升,IR迅速降低. 而当注量达到1015 cm-2时,在膝点电压附近,器件跨导有所下降. 此外,中子辐照后,器件欧姆接触的方块电阻退化很小,而肖特基特性退化却相对明显. 通过分析发现辐照在SiN钝化层中引入的感生缺陷引起了膝点电压附近漏电流和反向栅泄漏电流的减小. 以上结果也表明,SiN钝化可以有效地抑制中子辐照感生表面态电荷,从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响. 这也证明SiN钝化的AlGaN/GaN HEMT 器件很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用.

English Abstract

参考文献 (13)

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