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人类对高频大功率领域微电子技术的需求催生了以GaN为代表的第三代半导体材料的出现和发展。GaN的优异性能使其成为新型半导体材料中佼佼者。自上世纪90年代初人们制造出第一只AlGaN/GaN HEMT器件以来,经过近30年的研究发展,GaN基HEMT器件已经遍及人类生产生活的各个方面,但其可靠性问题依然突出,以自热效应、高温、高场为代表的可靠性问题严重制约其进一步的发展和应用。为此,文章利用仿真和实验相结合的方法对AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应,高温热存储和电热耦合可靠性进行了研究。首先在了解HEMT工作原理的基础上,利用Silvaco和COMSOL软件仿真了器件的自热效应,得到了器件内部的温度分布和参数变化。仿真结果表明使用蓝宝石衬底的器件有非常严重的自热效应,造成了器件直流特性和交流特性的衰退。使用SiC等高热导率的衬底材料或倒装芯片结构能有效抑制器件的自热效应。然后对AlGaN/GaN HEMT实验样品进行了不同时间长度的热存储实验。实验结果表明热存储改善了器件的直流输出和转移特性,造成了器件漏极电流和跨导峰值的上升。通过对比热存储前后器件栅电容的变化可知热存储后沟道二维电子气浓度的增大和有效势垒层厚度的减小是造成这种变化的原因。热存储同时改善了器件的电流崩塌特性,说明经过热存储器件势垒层表面态数目减少了。但热存储后器件栅泄露电流特性和栅延迟特性没有明显变化,说明热存储对器件栅-势垒层界面陷阱和栅漏间表面陷阱影响不大。通过统计不同存储时间器件参数的改善量可以发现热存储对器件参数的改善存在最优的存储时间。最后在不同的环境温度下对AlGaN/GaN HEMT实验样品分别施加开态应力和关态应力,研究了器件的电热耦合可靠性。实验结果表明单纯环境温度的升高会导致器件漏极电流和跨导峰值的下降,且下降率随温度均匀变化。其主要原因是高温环境中器件沟道处二维电子气迁移率的下降。在高温下对器件施加电应力后器件的转移特性和栅泄露电流特性会进一步退化,但关态应力所造成的退化程度更大。比较两种应力的恢复特性可以发现施加过开态应力的器件恢复特性良好,而施加过关态应力的器件有部分永久退化难以恢复。通过统计不同温度下器件在电应力下的退化率可以发现,开态应力下器件的退化率会随环境温度的升高而下降,而关态应力下器件的退化率与环境温度没有明确的关系。据此分析出器件在开态应力下的退化是有热电子驱动的陷阱俘获机制引起的,而高场驱动的逆压电极化机制则导致了器件在关态应力后的退化。此外还通过加速寿命实验对实验样品的使用寿命进行了评估。