發(fā)布時間：2021-07-12 05:38

　　GaN作為第三代半導體,具有禁帶寬度大、擊穿場強高、電子遷移率高、以及耐熱特性和抗輻射性能良好等優(yōu)異的半導體性能,非常適合應用于高溫、高頻、高功率及高擊穿電壓電力電子器件當中�；贏lGaN/GaN異質結處二維電子氣的HEMT器件成為現(xiàn)階段電力電子器件的研究熱點并展現(xiàn)出極大的應用潛力。然而,現(xiàn)在存在的很多問題尤其是可靠性問題制約著AlGaN/GaN HEMT的大規(guī)模應用。因此AlGaN/GaN HEMT的可靠性問題是目前的研究熱點,也是目前迫切需要解決的一個技術難題。在本論文中,研究工作主要圍繞AlGaN/GaN HEMT器件及可靠性展開,從結構設計和理論分析入手,優(yōu)化器件的制備工藝并對其可靠性、物理機制進行分析,論文的主要內容如下:1、AlGaN/GaN HEMT器件漏電及耐壓的研究。我們對離子注入隔離的漏電路徑進行了深入的研究,得到離子注入?yún)^(qū)域AlGaN和SiNx之間的界面漏電是主要漏電途徑,退火可以降低界面態(tài),最終降低器件的漏電,得到開關比為1010的器件。另外,我們采用MIS結構在柵電極下插入LPCVDSiNx作為介質層并采用場板結構來調制電場,器件在7μm的柵漏間距下?lián)舸╇妷?.. 

【文章來源】：中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：147 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１電力電子器件的應用領域

Ｏｕｔｐｕｔ?Ｉｎｄｕｃｔｏｒ??Ｐｒ＾ｔａｇＴ??圖１－２?Ｓｉ與ＧａＮ基的電力電子器件體積對比。??２、高擊穿電場：ＧａＮ本身的擊穿場強為４Ｘ１０６Ｖ／ｃｍ，為Ｓｉ（２．５Ｘ１０５Ｖ／ｃｍ）的??１６倍。高擊穿場強的材料可以獲得很高的功率性能。根據(jù)擊穿電壓的表達式??４＝辦乂於／２，?％為耗盡區(qū)長度，五ｃ為擊穿時的臨界電場強度，由于ＧａＮ的擊穿??場強大于Ｓｉ擊穿場強的１０倍，所以在同樣的擊穿電壓下，ＧａＮ器件的耗盡區(qū)長??度％可以小于Ｓｉ的１八０。灰〇與器件的導通電阻及〇ａ減正比，也就是說ＧａＮ器件可??以在保證高的工作電壓的情況下縮短源漏電極之間的尺寸，降低器件的導通電阻，??提高器件的電流輸出能力。從而降低器件在開態(tài)下的功耗，提高系統(tǒng)的轉換效率??（如圖１－３所示）。??９９．３％??１００??Ｖ－１??ＧａＮ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ????／??９９?－?ａ?＾?＊＊?＊?＊＊??９８?－?—?—??ｇ?９７?－??；?／?ＩＧＢＴ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ??Ｉ?９６?■?／??ｓ?９５?－－??９４?ＤＣ?ｂｕｓ?ｖｏｌｔａｇｅ?２５０Ｖ??Ｃａｒｒｉｅｒ?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?４ｋＨｚ??９３?Ｄｅａｄ?ｔｉｍｅ?２ｕｓ??Ｑ２??ｉ?ｉ?ｉ?｜?｜?｜?｜???０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００??Ｏｕｔｐｕｔ?Ｐｏｗｅｒ?（＇Ｎ）??圖１－３?Ｓｉ基ＩＧＢＴ與ＧａＮ基的電力電子器件效率對比。??３、高電子飽和漂移速率：在半導體器件工作過程中

以在保證高的工作電壓的情況下縮短源漏電極之間的尺寸，降低器件的導通電阻，??提高器件的電流輸出能力。從而降低器件在開態(tài)下的功耗，提高系統(tǒng)的轉換效率??（如圖１－３所示）。??９９．３％??１００??Ｖ－１??ＧａＮ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ????／??９９?－?ａ?＾?＊＊?＊?＊＊??９８?－?—?—??ｇ?９７?－??；?／?ＩＧＢＴ?Ｉｎｖｅｒｔｅｒ??Ｉ?９６?■?／??ｓ?９５?－－??９４?ＤＣ?ｂｕｓ?ｖｏｌｔａｇｅ?２５０Ｖ??Ｃａｒｒｉｅｒ?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?４ｋＨｚ??９３?Ｄｅａｄ?ｔｉｍｅ?２ｕｓ??Ｑ２??ｉ?ｉ?ｉ?｜?｜?｜?｜???０?２００?４００?６００?８００?１０００?１２００?１４００?１６００??Ｏｕｔｐｕｔ?Ｐｏｗｅｒ?（＇Ｎ）??圖１－３?Ｓｉ基ＩＧＢＴ與ＧａＮ基的電力電子器件效率對比。??３、高電子飽和漂移速率：在半導體器件工作過程中，多數(shù)是利用電子作為??．?載流子實現(xiàn)電流的傳輸。高電子飽和漂移速率可以保證半導體器件工作在高場時??半導體材料仍然能保持高的遷移率，進而有大的電流密度，這是器件獲得大的功??率輸出密度的關鍵所在，也是ＧａＮ區(qū)別于其他材料的最明顯優(yōu)勢所在。另外，高?

【參考文獻】：
期刊論文
[1]AlGaN表面坑狀缺陷及GaN緩沖層位錯缺陷對AlGaN/GaN HEMT電流崩塌效應的影響[J]. 席光義,任凡,郝智彪,汪萊,李洪濤,江洋,趙維,韓彥軍,羅毅.  物理學報. 2008(11)



本文編號：3279321