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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

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

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
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  • 陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长(Lg=80 nm)的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOSHEMT),并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.
      通信作者: 吕元杰, yuanjielv@163.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61604137,61674130)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-03-18
  • 修回日期:  2018-05-07
  • 刊出日期:  2018-09-05

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

  • 1. 河北半导体研究所, 专用集成电路国家级重点实验室, 石家庄 050051
  • 通信作者: 吕元杰, yuanjielv@163.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61604137,61674130)资助的课题.

摘要: 陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长(Lg=80 nm)的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOSHEMT),并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.

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