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具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析

郭海君 段宝兴 袁嵩 谢慎隆 杨银堂

具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析

郭海君, 段宝兴, 袁嵩, 谢慎隆, 杨银堂
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  • 为了优化传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件的表面电场,提高击穿电压,本文提出了一种具有部分本征GaN帽层的新型AlGaN/GaN HEMTs器件结构.新型结构通过在AlGaN势垒层顶部、栅电极到漏电极的漂移区之间引入部分本征GaN帽层,由于本征GaN帽层和AlGaN势垒层界面处的极化效应,降低了沟道二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)的浓度,形成了栅边缘低浓度2DEG区域,使得沟道2DEG浓度分区,由均匀分布变为阶梯分布.通过调制沟道2DEG的浓度分布,从而调制了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场.利用电场调制效应,产生了新的电场峰,且有效降低了栅边缘的高峰电场,AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布更加均匀.利用ISE-TCAD软件仿真分析得出:通过设计一定厚度和长度的本征GaN帽层,AlGaN/GaN HEMTs器件的击穿电压从传统结构的427 V提高到新型结构的960 V.由于沟道2DEG浓度减小,沟道电阻增加,使得新型AlGaN/GaN HEMTs器件的最大输出电流减小了9.2%,截止频率几乎保持不变,而最大振荡频率提高了12%.
      通信作者: 段宝兴, bxduan@163.com
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2014CB339900,2015CB351900)和国家自然科学基金重点项目(批准号:61234006,61334002)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-04-11
  • 修回日期:  2017-06-05
  • 刊出日期:  2017-08-20

具有部分本征GaN帽层新型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性分析

  • 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
  • 通信作者: 段宝兴, bxduan@163.com
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2014CB339900,2015CB351900)和国家自然科学基金重点项目(批准号:61234006,61334002)资助的课题.

摘要: 为了优化传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,HEMTs)器件的表面电场,提高击穿电压,本文提出了一种具有部分本征GaN帽层的新型AlGaN/GaN HEMTs器件结构.新型结构通过在AlGaN势垒层顶部、栅电极到漏电极的漂移区之间引入部分本征GaN帽层,由于本征GaN帽层和AlGaN势垒层界面处的极化效应,降低了沟道二维电子气(two dimensional electron gas,2DEG)的浓度,形成了栅边缘低浓度2DEG区域,使得沟道2DEG浓度分区,由均匀分布变为阶梯分布.通过调制沟道2DEG的浓度分布,从而调制了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场.利用电场调制效应,产生了新的电场峰,且有效降低了栅边缘的高峰电场,AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布更加均匀.利用ISE-TCAD软件仿真分析得出:通过设计一定厚度和长度的本征GaN帽层,AlGaN/GaN HEMTs器件的击穿电压从传统结构的427 V提高到新型结构的960 V.由于沟道2DEG浓度减小,沟道电阻增加,使得新型AlGaN/GaN HEMTs器件的最大输出电流减小了9.2%,截止频率几乎保持不变,而最大振荡频率提高了12%.

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