9号彩票官网


GaN SBD和AlGaN SBD反向击穿特性的仿真

  仿真结果的正确性可以用已报告的实验数据来衡量。因此,设器件的结构与图1所示一致,即阳极尺寸为12µm,阳极和阴极间距8µm,器件的半导体材料部分厚度为2.025µm。阳极为肖特基势垒,其功函数定义为5.36eV,即金属Pt的功函数。仿真所采用的物理模型包括漂移-扩散模型、碰撞电离模型、肖特基势垒隧穿模型等。对于半导体材料为AlGaN/GaN异质结的情况,在AlGaN/GaN界面定义一层正的面电荷来考虑极化效应。击穿电压定义为电流出现快速上升的拐点电压。
仿真采用的器件结构 
图1 仿真采用的器件结构
 
  实验证明,在碰撞电离引起击穿的半导体材料中,背景掺杂浓度NDB是影响击穿电压的重要因素之一。这是因为,掺杂浓度越高,则单位体积内电离出的载流子越多,在强电场下出现雪崩倍增效应时,其碰撞电离的作用越强。肖特基结类似pn结中的单边突变结,击穿电压VBD的大小可由下式给出:
计算公式1 
  式中εs和Fm分别为半导体材料的静态介电常数和击穿场强,e为基本电荷电量。已知GaN和AlGaN的击穿场强,对基于GaN或AlGaN的SBD而言,为了获得与实验数据一致的仿真结果,必须得到材料的背景掺杂浓度NDB。
 
  图2是具有不同掺杂浓度的GaN SBD的反向特性曲线图。由图中可以看出掺杂浓度越高,则击穿电压越低。未击穿前二极管的反向电流绝对值也随着掺杂浓度升高而增大。
不同掺杂浓度GaN SBD的反向特性曲线图 
图2 不同掺杂浓度GaN SBD的反向特性曲线图
 
  图3是不同掺杂浓度下GaN SBD的正向特性曲线图,掺杂浓度越大,电流越大,但正向导通电压保持不变,约0.8V。
不同掺杂浓度下GaN SBD正向特性曲线图 
图3 不同掺杂浓度下GaN SBD正向特性曲线图
 
  图4(a)-(c)给出了GaN SBD在阳极电压为-500V、-600V和-700V时的器件内部电场分布图,图4(d)则给出了器件沿上表面的电场分布。可以看出器件内电场最大的位置在器件表面、阳极靠近阴极的边缘处。电压越大,器件内电场越大,但增大量不均匀,恰恰是在阳极下方电场最强处,电场随电压的增大量最大。因此当外电压增大,电场逐渐接近半导体材料的击穿场强,二极管的反向电流因为雪崩倍增效应出现迅速的上升,最后二极管被击穿。
GaN SBD反向击穿前后器件内部的电场分布 
图4 GaN SBD反向击穿前后器件内部的电场分布
 
  图5给出了Al组分为0.25的AlGaN SBD在掺杂浓度NDB分别为5×1015cm-3和2×1016cm-3时的反向击穿特性,并给出了NDB=5×1015cm-3的GaN SBD的反向击穿曲线。可见,在同样的掺杂浓度下,AlGaN SBD的击穿电压显著高于GaN SBD,但击穿后电流上升的速率快于GaN SBD。图6给出了NDB=5×1015cm-3的AlGaN SBD和GaN SBD的正向I-V特性,AlGaN SBD的正向导通电压约1.2V,明显高于GaN SBD,正向电流也显著小于GaN SBD,这和AlGaN SBD的反向电流小、击穿电压高是一致的。这种差异主要由AlGaN的禁带宽度高于GaN造成。
AlGaN SBD和GaN SBD的反向击穿特性 
图5 AlGaN SBD和GaN SBD的反向击穿特性
 
AlGaN SBD和GaN SBD的正向I-V特性 
图6 AlGaN SBD和GaN SBD的正向I-V特性
 
  根据图5仿真曲线和实验数据中击穿电压高于400V的要求,定义GaN的背景掺杂浓度NDB=5×1015cm-3以及AlGaN的背景掺杂浓度NDB=2×1016cm-3是比较合理的。

相关阅读

友情链接:万利彩票开户  9号彩票平台  9号彩票登陆  9号彩票网  万利彩票娱乐  9号彩票官网  九号彩票网  

免责声明: 本站资料及图片来源互联网文章,本网不承担任何由内容信息所引起的争议和法律责任。所有作品版权归原创作者所有,与本站立场无关,如用户分享不慎侵犯了您的权益,请联系我们告知,我们将做删除处理!