【摘要】：基于GaN材料的增強(qiáng)型HEMT器件是高速功率開(kāi)關(guān)和高速集成電路重要組成部分。F注入增強(qiáng)型HEMT器件因制作工藝簡(jiǎn)單和閾值電壓可控等優(yōu)勢(shì),成為了實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件一種常用方式。同時(shí)近年來(lái)F等離子體處理與MIS柵結(jié)構(gòu)、凹槽柵結(jié)構(gòu)和納米線溝道等其他技術(shù)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)高性能的增強(qiáng)型HEMT器件。然而F注入增強(qiáng)型HEMT器件長(zhǎng)時(shí)間電應(yīng)力下的退化機(jī)理仍未明晰,基于此本文針對(duì)F注入增強(qiáng)型HEMT器件在關(guān)態(tài)電應(yīng)力下的可靠性展開(kāi)研究。論文設(shè)計(jì)了不同柵極偏置關(guān)態(tài)電應(yīng)力實(shí)驗(yàn)。在關(guān)態(tài)應(yīng)力下,器件的閾值電壓隨著應(yīng)力時(shí)間的增加而逐漸負(fù)向漂移,并且隨著應(yīng)力的增大而更顯著,同時(shí)關(guān)態(tài)應(yīng)力過(guò)程中柵漏電極之間溝道電阻減小。F離子移動(dòng)理論常用來(lái)解釋器件退化,其認(rèn)為F離子在電場(chǎng)的作用下橫向移出柵下區(qū)域?qū)е缕骷撝惦妷旱耐嘶�。然而柵下區(qū)域的F離子移動(dòng)到漏電極一側(cè)會(huì)引起柵漏電極之間溝道電阻增大,其與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象矛盾,因此F離子移動(dòng)理論不是增強(qiáng)型HEMT器件退化的主要原因。F離子碰撞去離化理論是解釋器件退化的另一觀點(diǎn),認(rèn)為應(yīng)力過(guò)程中高能的電子去離化F離子本身所帶的負(fù)電荷,使F離子失去強(qiáng)電負(fù)性導(dǎo)致器件閾值電壓退化。論文設(shè)計(jì)了不同柵極注入電流實(shí)驗(yàn)研究對(duì)增強(qiáng)型HEMT器件退化的影響。器件經(jīng)300?C,1 min熱退火處理可減小器件的柵漏電,但未改變器件的閾值電壓。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯示,相同關(guān)態(tài)電應(yīng)力下,退火處理的增強(qiáng)型器件的應(yīng)力柵電流較小,但是閾值電壓退化量的相同。表明器件的退化量大小主要取決于器件所施加的電場(chǎng)強(qiáng)度,而不是應(yīng)力柵電流,因此F離子碰撞去離化理論不是增強(qiáng)型HEMT器件退化的主要原因。論文設(shè)計(jì)了耗盡型和增強(qiáng)型HEMT器件在相同的關(guān)態(tài)應(yīng)力對(duì)比實(shí)驗(yàn)。耗盡型器件應(yīng)力過(guò)程中較大的應(yīng)力柵電流在AlGaN/GaN界面產(chǎn)生大量的界面態(tài)陷阱,導(dǎo)致器件應(yīng)力過(guò)程中飽和漏電流和跨導(dǎo)下降,然而器件的閾值電壓基本不變。F注入增強(qiáng)型HEMT器件結(jié)構(gòu)基于耗盡型HEMT器件,兩者關(guān)態(tài)應(yīng)力過(guò)程中退化現(xiàn)象和規(guī)律不同,說(shuō)明HEMT器件本身結(jié)構(gòu)或缺陷不是增強(qiáng)型HEMT器件關(guān)態(tài)電應(yīng)力退化的主要原因。前文排除以往文獻(xiàn)中F離子移動(dòng)和F離子碰撞去離化引起器件退化的兩種原因,得到結(jié)論:關(guān)態(tài)應(yīng)力下產(chǎn)生的高電場(chǎng)使柵極下勢(shì)壘層內(nèi)的F離子失去負(fù)電荷,發(fā)生去離化效應(yīng),導(dǎo)致柵下的有效F離子數(shù)量減少,減小了對(duì)柵下溝道電子的耗盡作用,導(dǎo)致閾值電壓的負(fù)漂,引起器件退化。最后利用正反向偏置實(shí)驗(yàn)和熱退火實(shí)驗(yàn)研究F注入增強(qiáng)型HEMT器件關(guān)態(tài)高場(chǎng)應(yīng)力后的器件特性。結(jié)果表明,相比于關(guān)態(tài)應(yīng)力過(guò)程器件的退化總量,較小的正向偏置應(yīng)力使器件退化量減小了20%,300?C,5 min熱退火處理使器件退化量減小了39%,同時(shí)退火過(guò)程改善了器件的肖特基特性。
【圖文】：

4]。圖1.1GaN 幾種常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域材料所帶來(lái)的優(yōu)異特性會(huì)轉(zhuǎn)化為更優(yōu)良的器件特性，從圖 1.1 可見(jiàn)，GaN 基器件常用于照明、雷達(dá)和航天、航空軍事、電力傳輸和通訊等應(yīng)用領(lǐng)域[7, 10]，在這些應(yīng)用領(lǐng)域中，GaN 基器件工作環(huán)境往往是大電流、高電壓、高溫、輻照等惡劣環(huán)境。1.1.2 GaN 基 HEMT 器件的發(fā)展及應(yīng)用正是由于 GaN 材料的寬禁帶、高遷移率和耐高溫高壓等優(yōu)異特性，基于 GaN 材料的高電子遷移率晶體管（HEMT）引發(fā)了研究和應(yīng)用的熱潮。HEMT 器件作為 GaN基材料中最成熟的結(jié)構(gòu)，其依靠異質(zhì)結(jié)來(lái)工作。異質(zhì)節(jié)是在兩種或者兩種以上的不同的材料之間形成的，例如 AlGaAs/GaAs、InGaAs/InP、AlGaN/GaN 等材料是常見(jiàn)的異質(zhì)結(jié)構(gòu)

二章 F 注入增強(qiáng)型 HEMT 器件的基本原理及制備工沒(méi)有在樣品材料中明顯觀察到碳元素的存在子相比于 CF3＋離子較輕，兩者之間的相對(duì)地，上電極接電壓，形成電容結(jié)構(gòu)，在上電電場(chǎng)，在兩個(gè)金屬電極之間電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，下電極上的樣品材料。與之相對(duì)應(yīng)的是，在只有少量的 CF3＋離子可以達(dá)到樣品表面，上電極吸引 CF3＋離子，將 CF3＋離子驅(qū)動(dòng)遠(yuǎn)中沒(méi)有碳元素對(duì)于器件的性能是非常理想的 HEMT 器件性能[51]。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN303

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本文編號(hào)：2678908