AlGaN/GaN HEMT强场应力下的可靠性研究

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作为第三代半导体材料,GaN具有击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高等优良特点,因此,基于GaN基的器件在高温、大电压、大功率应用方面具有非常广阔的应用前景,其典型的代表器件是AlGaN/GaN HEMT,但是AlGaN/GaN HEMT的在电应力下的可靠性问题已成为阻碍AlGaN/GaN HEMT进一步扩大应用范围的最重要的因素之一。为了解决AlGaN/GaN HEMT在电应力下的可靠性问题,首先需要确定它影响器件性能的因素,诸如温度、电场以及磁场等,同时需要研究在不同应力条件下,器件的退化机理。近年来,关于GaN HEMT器件可靠性问题的研究主要集中在由于热载流子效应导致器件沟道退化问题以及由于强场导致器件逆压电效应的产生。在本论文中,主要集中研究由于逆压电效应导致器件性能退化的机理。为了系统地研究逆压电效应,论文中设计了不同的应力实验:第一种是阶梯电应力实验,旨在确定器件正常工作时的退化机制。我们分为关态、Vds=0以及开态三个实验部分;另一种是10000s的关态恒压应力实验,旨在确定由逆压电效应引起的退化这种退化机制的关键电压值Vcri(t逆压电效应开始起作用时的电压值)和应力时间以及应力电压之间的关系。我们选取了三个应力电压点,分别为:Vg=-8V,Vds=60V(小于临界电压)、65V(临界电压附近)、75V(远大于临界电压)。由这两种实验我们得到的主要结论有:1、逆压电效应诱发的晶格缺陷主要产生在G-D之间的区域;2、AlGaN/GaN HEMT的退化机制为由热载流子效应引起的退化和由逆压电效应引起的退化这两种退化机制共存,但是当器件工作的电压不同时,起主导地位的退化机制不同;3、临界电压值Vcrit只和施加的应力电压有关系,和施加的应力时间没有关系,但应力时间会影响由逆压电效应引起的器件的参数以及性能的损坏程度。
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