Virtual Source模型模擬分析GaN基電子器件特性研究.pdf

1、Ⅲ族氮化物異質結場效應晶體管由于其具有的良好特性，特別適用于高頻和大功率領域的應用。由于目前GaN HEMT器件制備所采用的非自對準工藝，器件結構上存在接觸區(qū)，因而器件存在源端接觸區(qū)電阻Rsa和漏端接觸區(qū)電阻Rda，它們又分別與器件的源端和漏端歐姆接觸電阻Rsc、Rdc組成寄生串聯(lián)電阻RS和RD。電阻Rsa和Rda對于AlGaN/GaN HEMT器件的輸出特性具有重要的影響。器件源端接觸區(qū)電阻Rsa隨著漏極電流的增加而非線性的增加的現(xiàn)象

2、限制著器件的輸出跨導、頻率特性、線性度和效率。盡管源端接觸區(qū)電阻變化產生的機制非常重要，但其隨著漏極電流增加的原因還不是特別清楚，需要進一步的研究。AlN/GaN異質結由于其相對于其它的Ⅲ族氮化物異質結具有更強的自發(fā)極化和壓電極化效應，因此其異質結界面處的二維電子氣密度達到了Ⅲ族氮化物異質結中最高的理論值。由于AlN勢壘層相對更薄，這一點對于抑制短溝道效應具有幫助，因此AlN/GaN異質結構的HEMT在制備更短柵長的器件領域應用更有優(yōu)勢

3、。載流子散射機制對于AlN/GaN HEMT的輸出特性具有重要的影響，因此更加全面地理解各散射機制對電子遷移率的影響，對器件的設計和制備的優(yōu)化具有一定的幫助。溫度對于散射機制具有重要影響，低溫條件對于極化庫侖場散射機制的影響之前還未有研究。
　　本文進行了如下幾方面的研究：⑴Virtual Source模型研究AlGaN/GaN HEMT中極化庫侖場散射對器件源端接觸區(qū)電阻Rsa的影響。應用Virtual Source模型，模擬得

4、到AlGaN/GaN HEMT器件的直流輸出特性曲線。通過Virtual Source模型得到器件源漏電壓為5V，不同柵極電壓條件下的源端接觸區(qū)電阻、內部跨導和外部跨導的值。發(fā)現(xiàn)在漏極-源極偏壓一定時，隨著柵極電壓的增加，漏極電流隨之增加，源端接觸區(qū)電阻Rsa隨漏極電流的增加而非線性增加，外部跨導相對本征跨導明顯降低。計算了不同柵極電壓條件對應的AlGaN勢壘層電場隨溝道位置的變化曲線。綜合考慮不同柵極電壓條件下勢壘層受逆壓電效應導致的

5、柵下附加極化電荷變化和源端接觸區(qū)內熱電子溫度的變化這兩種因素，極化庫侖場散射在漏極電壓一定，柵極電壓增大的過程中，極化庫侖場散射強度先增大后減小，因此由其導致的源極接觸區(qū)的電阻成分也是先增大后減小。另一方面，隨著漏極電流的增加源極接觸區(qū)內的電場強度顯著增加，熱電子溫度上升，極化光學聲子散射的強度迅速增大。對于較大柵極電壓條件下，源極接觸區(qū)電阻隨著漏極電流的增加而增大的主要因素是極化光學聲子散射的作用。⑵低溫條件下AlN/GaN HEMT

6、中的極化庫侖場散射。制備了方形AlN/GaNHEMT器件，測試了不同低溫條件下器件的電容-電壓特性曲線、電流-電壓特性曲線，通過對電容-電壓特性曲線積分得到二維電子氣與電壓的關系，利用準二維模型對器件的電流-電壓特性曲線進行模擬，得到由柵電極與源電極之間的偏壓調制的遷移率與二維電子氣密度的關系曲線，同時利用分析模型得到由漏電極與源電極之間的偏壓調制的遷移率與二維電子氣密度的關系曲線。發(fā)現(xiàn)對于給定溫度下對應相同的二維電子氣密度，兩種電壓調