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不同肖特基接触面积比对FESBD性能的影响

  上一文中的AlGaN/GaN FESBD的阳极中部低势垒金属Al的宽度为2µm,外侧高势垒金属Pt横向总宽度为10µm,若假设阳极沿与纸面垂直方向的尺寸对两种金属相同,则Pt和Al的面积比为5:1。这样的结构下,FESBD的反向击穿特性很好,但正向电流偏低,如果增加阳极中部Al的宽度,可以预见到正向电流将增大,但也可能令击穿特性变差,这就提出了FESBD的结构优化问题。这在器件性能分析中是一个重要的问题,另外,如果在能够保持较好击穿特性的前提下减小高势垒贵金属Pt的消耗量,对于降低器件加工成本具有积极的意义。一般而言,氮化物上的高肖特基势垒金属以贵金属居多(如Au等),因此这里的研究结果具有普适意义。
 
  图1给出了Pt和Al的面积比为1:1的FESBD的器件结构,其中Al的宽度为6µm,Pt在Al两侧各有3µm的宽度。通过保持阳极总宽度不变,而改变Pt和Al的宽度比来改变两种金属的面积比,得到的器件反向和正向I-V特性分别如图2和图3所示。
Pt和Al的面积比为1:1的FESBD的器件结构图 
图1 Pt和Al的面积比为1:1的FESBD的器件结构图
 
  如图2,当Pt和Al的面积比由5:1减小到1:9时,反向击穿电压基本不变,但在面积比达到1:9(阳极两侧Pt的宽度各为0.6µm)时反向电流在击穿前随阳极电压变负出现了较明显的逐渐上升的过程,说明在这个比例下高势垒抑制反向电流的能力已经达到一种接近极限的状态。而当面积比减小到1:11(阳极两侧Pt的宽度各为0.5µm)时,击穿电压明显减小,降低到约380V。
不同Pt、Al面积比的FESBD的反向击穿特性 
图2 不同Pt、Al面积比的FESBD的反向击穿特性

  图3中,Pt和Al的面积比由5:1减小到1:1时,正向电流在阳极电压为1V处形成拐点的现象(低压下上升慢而高压下上升较快)削弱,正向电流增大,而当Pt和Al的面积比为1:9和1:11时,正向电流的拐点基本消失,且这两个面积比下的正向电流大小一致。
不同Pt、Al面积比的FESBD的正向I-V特性 
图3 不同Pt、Al面积比的FESBD的正向I-V特性
 
  由此可以看出,在相当大的Pt和Al面积比范围(5:1到1:9)内,反向击穿电压保持不变,而正向电流则随着Pt和Al面积比减小而增大,在Pt和Al面积比为1:9时达到较好的水平,更小的面积比下正向电流基本不再增大。因此Pt和Al面积比取1:9是一个较好的选择。如果高势垒金属和低势垒金属的选择不是Pt和Al的组合,这一面积比可能会发生变化,但原理是相似的。
 
 

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