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GaN基材料和器件辐照可靠性研究

作　者: 段超
导　师: 郝跃
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管缺陷辐照可靠性
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

GaN材料具有宽禁带、高迁移率等优良特性,是制造高压、高温、高频(RF)等电子器件的理想材料,因此GaN基器件将成为国防航天等军事领域应用的极佳选择。空间辐照环境对其带来的可靠性问题,目前在国内外尚未深入研究。本论文对新型GaN基材料及HEMT器件的辐照损伤效应进行研究,开展了实验和理论两方面系统深入的研究。在理论上对GaN基HEMT的辐照损伤结果进行了探究和分析,然后提出了AlGaN/GaN HEMT器件主要的辐照损伤机理是,辐照粒子在GaN基材料中产生位移效应,并且伴随着辐照感生表面态以及界面态的产生。从而造成了器件阈值电压的漂移、2DEG浓度的变化和迁移率的变化。开展了60Coγ射线的辐照损伤实验研究,实验发现伽马辐照引起了材料阈值电压的正向漂移和异质结构中载流子浓度下降比例都非常小,器件饱和漏电流和跨导的下降以及器件栅特性的退化稍大一些。而方块电阻随辐照剂量的增加和最后几乎完全退火的结果,揭示出主要的退化原因为产生辐照感生表面态。并且对比了MOS型,常规未钝化型和场板钝化结构发现,并讨论了其优缺点。开展了GaN体材料和HEMT器件的质子辐照损伤实验研究,发现低注量辐照引起了体材料载流子浓度增加,材料表面形貌恶化和晶格应力增加,高注量辐照引起了HEMT器件漏电流下降,跨导减小,阈值电压显著退化的结果。此外还建立了AlGaN/GaN HEMT器件受到粒子辐照损伤模型,主要是分析了迁移率、2DEG浓度和阈值电压三个主要的电学参数在辐照感生表面态,辐照感受缺陷和辐照感生界面态下的影响。此外研究还提出了一些GaN基器件加固的技术,如新型场板结构、提高材料质量、采用钝化技术和能带工程等技术。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章绪论  7-15
  1.1 氮化镓微波功率器件的优越性  7-10
    1.1.1 材料的研究  8-9
    1.1.2 器件的研究  9-10
  1.2 辐照可靠性研究的意义  10-12
    1.2.1 辐照环境  10-11
    1.2.2 辐照对电子元器件的影响  11-12
  1.3 GaN基器件的抗辐照研究现状  12-13
  1.4 本文研究内容及安排  13-15
第二章 GaN基材料和器件辐照损伤机理  15-21
  2.1 辐照粒子与半导体材料的作用  15-16
  2.2 GaN材料辐照感生缺陷  16-17
  2.3 GaN基器件辐照损伤  17-21
    2.3.1 GaN基HEMT器件辐照损伤现象  17-19
    2.3.2 GaN基HEMT器件辐照损伤讨论  19-21
第三章 GaN基材料和HEMT器件辐照效应研究  21-41
  3.1 GaN基HEMT器件的60Co γ辐照效应研究  22-30
    3.1.1 实验安排与实施  22-23
    3.1.2 AlGaN/GaN异质材料的60Coγ射线辐照效应  23-25
    3.1.3 GaN基器件的60Co γ射线辐照效应  25-30
  3.2 GaN基材料和器件的质子辐照效应研究  30-41
    3.2.1 实验器件与实验方法  30-31
    3.2.2 GaN体材料的质子辐照效应  31-34
    3.2.3 GaN基器件的质子辐照效应  34-41
第四章 GaN基HEMT辐照损伤模型  41-49
  4.1 GaN基HEMT器件阈值电压漂移模型  41-43
  4.2 GaN基HEMT器件2DEG浓度模型  43-45
  4.3 GaN基HEMT器件迁移率的退化模型  45-49
第五章结束语  49-51
致谢  51-53
参考文献  53-56

GaN基材料和器件辐照可靠性研究

内容摘要

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