搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

刘阳 柴常春 于新海 樊庆扬 杨银堂 席晓文 刘胜北

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北
PDF
导出引用
导出核心图
  • 提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型, 模型引入材料固有的极化效应, 高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应, 分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应, 对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究. 结果表明, 器件内部温升速率呈现出快速-缓慢-急剧的趋势. 当器件局部温度足够高时( 2000 K), 该位置热电子发射与温度升高形成正反馈, 导致温度急剧升高直至烧毁. 栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位, 严重影响器件的特性和可靠性. 随着脉宽的增加, 损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大. 通过数据拟合得到脉宽 与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.
      通信作者: 刘阳, lliu_yang@163.com
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2014CB339900)和中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室开放基金(批准号: 2015-0214.XY.K)资助的课题.
    [1]

    Radasky W A, Baum C E, Wik M W 2004 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 46 314

    [2]

    Wunsch D C, Bell R R 1968 IEEE Trans. Nucl. Sci. 15 244

    [3]

    Kyechong K, Iliadis A A 2007 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 49 329

    [4]

    Kim K, Iliadis A A 2008 Solid-State Electron. 52 1589

    [5]

    Kyechong K, Iliadis A A 2010 Solid-State Electron. 54 18

    [6]

    Kyechong K, Iliadis A A 2007 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 49 876

    [7]

    Chahine I, Kadi M, Gaboriaud E, Louis A, Mazari B 2008 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 50 285

    [8]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Song K, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 098502

    [9]

    ]Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhao Y B, Qiao L P 2013 Chin. Phys. B 22 028502

    [10]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y, Wang J 2010 J. Semicond. 31 074009

    [11]

    Chai C C, Xi X W, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8118 (in Chinese) [柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋 2010 物理学报 59 8118]

    [12]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Qiao L P, Shi C L 2013 Acta Phys. Sin. 62 068501 (in Chinese) [任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾 2013 物理学报 62 068501]

    [13]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B 2012 Acta Phys. Sin. 61 078501 (in Chinese) [马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌 2012 物理学报 61 078501]

    [14]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T 2015 Sci. China- Inf. Sci. 58 082402

    [15]

    Yu X H, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Xi X W, Liu Y 2014 J. Semicond. 35 084011

    [16]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T, Fan Q Y 2015 Microelectron. Reliab. 55 1174

    [17]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T, Xi X W 2015 Chin. Phys. B 24 048502

    [18]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Qiao L P, Shi C L, Ren L H 2013 J. Semicond. 34 044004

    [19]

    Porowski S 1997 Mater. Sci. Eng. B 44 407

    [20]

    Tang Z K, Huang S, Tang X, Li B K, Chen K J 2014 IEEE Trans. Electron Dev. 61 2785

    [21]

    Synopsys. Sentaurus device user guide: 2013 345-346

    [22]

    Tasca D M 1970 IEEE Trans. Nucl. Sci. 17 364

    [23]

    Brown W D 1972 IEEE Trans. Nucl. Sci. 19 68

    [24]

    Jenkins C R, Durgin D L 1975 IEEE Trans. Nucl. Sci. 22 2494

  • [1]

    Radasky W A, Baum C E, Wik M W 2004 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 46 314

    [2]

    Wunsch D C, Bell R R 1968 IEEE Trans. Nucl. Sci. 15 244

    [3]

    Kyechong K, Iliadis A A 2007 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 49 329

    [4]

    Kim K, Iliadis A A 2008 Solid-State Electron. 52 1589

    [5]

    Kyechong K, Iliadis A A 2010 Solid-State Electron. 54 18

    [6]

    Kyechong K, Iliadis A A 2007 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 49 876

    [7]

    Chahine I, Kadi M, Gaboriaud E, Louis A, Mazari B 2008 IEEE Trans. Electromagn. Compat. 50 285

    [8]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Song K, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 098502

    [9]

    ]Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhao Y B, Qiao L P 2013 Chin. Phys. B 22 028502

    [10]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y, Wang J 2010 J. Semicond. 31 074009

    [11]

    Chai C C, Xi X W, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8118 (in Chinese) [柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋 2010 物理学报 59 8118]

    [12]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Qiao L P, Shi C L 2013 Acta Phys. Sin. 62 068501 (in Chinese) [任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾 2013 物理学报 62 068501]

    [13]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B 2012 Acta Phys. Sin. 61 078501 (in Chinese) [马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌 2012 物理学报 61 078501]

    [14]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T 2015 Sci. China- Inf. Sci. 58 082402

    [15]

    Yu X H, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Xi X W, Liu Y 2014 J. Semicond. 35 084011

    [16]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T, Fan Q Y 2015 Microelectron. Reliab. 55 1174

    [17]

    Yu X H, Chai C C, Liu Y, Yang Y T, Xi X W 2015 Chin. Phys. B 24 048502

    [18]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Qiao L P, Shi C L, Ren L H 2013 J. Semicond. 34 044004

    [19]

    Porowski S 1997 Mater. Sci. Eng. B 44 407

    [20]

    Tang Z K, Huang S, Tang X, Li B K, Chen K J 2014 IEEE Trans. Electron Dev. 61 2785

    [21]

    Synopsys. Sentaurus device user guide: 2013 345-346

    [22]

    Tasca D M 1970 IEEE Trans. Nucl. Sci. 17 364

    [23]

    Brown W D 1972 IEEE Trans. Nucl. Sci. 19 68

    [24]

    Jenkins C R, Durgin D L 1975 IEEE Trans. Nucl. Sci. 22 2494

  • [1] 周幸叶, 吕元杰, 谭鑫, 王元刚, 宋旭波, 何泽召, 张志荣, 刘庆彬, 韩婷婷, 房玉龙, 冯志红. 基于脉冲方法的超短栅长GaN基高电子迁移率晶体管陷阱效应机理. 物理学报, 2018, 67(17): 178501. doi: 10.7498/aps.67.20180474
    [2] 刘旭阳, 张贺秋, 李冰冰, 刘俊, 薛东阳, 王恒山, 梁红伟, 夏晓川. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管温度传感器特性. 物理学报, 2020, 69(4): 047201. doi: 10.7498/aps.69.20190640
    [3] 李志鹏, 李晶, 孙静, 刘阳, 方进勇. 高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理. 物理学报, 2016, 65(16): 168501. doi: 10.7498/aps.65.168501
    [4] 柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋. 双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理. 物理学报, 2010, 59(11): 8118-8124. doi: 10.7498/aps.59.8118
    [5] 任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾. 基极注入强电磁脉冲对双极晶体管的损伤效应和机理. 物理学报, 2013, 62(6): 068501. doi: 10.7498/aps.62.068501
    [6] 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
    [7] 蒙 康, 姜森林, 侯利娜, 李 蝉, 王 坤, 丁志博, 姚淑德. Mg+注入对GaN晶体辐射损伤的研究. 物理学报, 2006, 55(5): 2476-2481. doi: 10.7498/aps.55.2476
    [8] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 王晓晖, 李飙, 徐源. GaN真空面电子源光电发射机理研究. 物理学报, 2011, 60(12): 127901. doi: 10.7498/aps.60.127901
    [9] 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
    [10] 薛正群, 张保平, 陈朝, 黄生荣. GaN基白光发光二极管失效机理分析. 物理学报, 2010, 59(7): 5002-5009. doi: 10.7498/aps.59.5002
    [11] 常本康, 高频, 乔建良, 田思, 杜晓晴. 负电子亲和势GaN光电阴极激活机理研究. 物理学报, 2009, 58(8): 5847-5851. doi: 10.7498/aps.58.5847
    [12] 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
    [13] 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
    [14] 刘燕丽, 王伟, 董燕, 陈敦军, 张荣, 郑有炓. 结构参数对N极性面GaN/InAlN高电子迁移率晶体管性能的影响. 物理学报, 2019, 68(24): 247203. doi: 10.7498/aps.68.20191153
    [15] 王冲, 全思, 马晓华, 郝跃, 张进城, 毛维. 增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火研究. 物理学报, 2010, 59(10): 7333-7337. doi: 10.7498/aps.59.7333
    [16] 王凯, 邢艳辉, 韩军, 赵康康, 郭立建, 于保宁, 邓旭光, 范亚明, 张宝顺. 掺Fe高阻GaN缓冲层特性及其对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件的影响研究. 物理学报, 2016, 65(1): 016802. doi: 10.7498/aps.65.016802
    [17] 万 威, 唐春艳, 王玉梅, 李方华. GaN晶体中堆垛层错的高分辨电子显微像研究. 物理学报, 2005, 54(9): 4273-4278. doi: 10.7498/aps.54.4273
    [18] 陈浩然, 杨林安, 朱樟明, 林志宇, 张进成. 基于AlGaN/GaN共振隧穿二极管的退化现象的研究. 物理学报, 2013, 62(21): 217301. doi: 10.7498/aps.62.217301
    [19] 乔建良, 常本康, 钱芸生, 高频, 王晓晖, 徐源. 负电子亲和势GaN真空面电子源研究进展. 物理学报, 2011, 60(10): 107901. doi: 10.7498/aps.60.107901
    [20] 李倩倩, 郝秋艳, 李英, 刘国栋. 稀土元素(Ce, Pr)掺杂GaN的电子结构和光学性质的理论研究. 物理学报, 2013, 62(1): 017103. doi: 10.7498/aps.62.017103
  • 引用本文:
    Citation:
计量
  • 文章访问数:  958
  • PDF下载量:  219
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2015-09-20
  • 修回日期:  2015-11-10
  • 刊出日期:  2016-02-05

GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理

  • 1. 西安电子科技大学微电子学院, 教育部宽禁带半导体材料与器件重点实验室, 西安 710071;
  • 2. 中国科学院半导体研究所, 北京 100083
  • 通信作者: 刘阳, lliu_yang@163.com
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2014CB339900)和中国工程物理研究院复杂电磁环境科学与技术重点实验室开放基金(批准号: 2015-0214.XY.K)资助的课题.

摘要: 提出了一种新型GaN异质结高电子迁移率晶体管在强电磁脉冲下的二维电热模型, 模型引入材料固有的极化效应, 高场下电子迁移率退化、载流子雪崩产生效应以及器件自热效应, 分析了栅极注入强电磁脉冲情况下器件内部的瞬态响应, 对其损伤机理和损伤阈值变化规律进行了研究. 结果表明, 器件内部温升速率呈现出快速-缓慢-急剧的趋势. 当器件局部温度足够高时( 2000 K), 该位置热电子发射与温度升高形成正反馈, 导致温度急剧升高直至烧毁. 栅极靠近源端的柱面处是由于热积累最易发生熔融烧毁的部位, 严重影响器件的特性和可靠性. 随着脉宽的增加, 损伤功率阈值迅速减小而损伤能量阈值逐渐增大. 通过数据拟合得到脉宽 与损伤功率阈值P和损伤能量阈值E的关系.

English Abstract

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回