9号彩票官网


AlGaN/GaN HMET中电流崩塌形成的机理

  自发现电流崩塌现象以来,人们就开始对它进行研究,并提出了一些合理的模型来解释电流崩塌现象。但到目前为止,还没有一个模型可以完全解释AlGaN/GaN HMET中的崩塌现象。
电流崩塌示意图
 电流崩塌示意图

  1. 应力模型-栅、源、漏串联电阻的变化造成RF电流崩塌效应
  美国南卡罗莱纳州立大学的Simin等人用GTLM(gated transmission line model)测量方法分析了GaN基HEMT和MOSHFET的瞬态I-V特性,首次提出了造成GaN基HEMT RF电流崩塌的模型-应力模型。根据实验结果,他们认为:源、栅、漏极之间串联电阻的变化引起了RF电流崩塌。加在栅极上的负偏压在AlGaN/GaN异质结上建立了一个和压电极化电场方向相同的电场,电场的增大增加了栅极下AlGaN势垒层的张应力,由此增加了栅、源和源、漏之间的压应力,减少了极化电荷密度,增加了它们之间的串联电阻。这些区域极化电荷的减少只能由响应速度较慢的极化电荷或陷阱效应来抵消,因此跟不上电压变化的频率,输出电流减小。后来又有研究者研究了GaN基HEMT、SiO2-MOSHFET和Si3N4-MISHFET三种不同结构FET的输出特性,发现HEMT和SiO2-MOSHFET的RF电流崩塌效应基本相同,而Si3N4-MISHFET结构大大减少了RF电流崩塌效应。这个结果给RF电流崩塌的应力模型提供了有力证据。因为Si3N4是一种硬质钝化物,所以淀积在器件表面可以阻止AlGaN势垒层应力的变化,从而减少栅、源、漏极之间串联电阻的变化,阻止由于电压升高带来的电流崩塌效应;而SiO2是软性介质,对应力的变化起不到阻止作用,所以对抑制电流崩塌效应的贡献很小。
 
  但Tan等2003年的研究发现,SiO2-MOSHFET和Si3N4-MISHFET结构的RF电流崩塌的程度基本相同,所以钝化介质的硬度和电流崩塌效应的关系不大,这基本否定了RF电流崩塌效应的应力模型[85]。而且他们发现,在N气氛中快速退火,可以大大提高SiO2-MOSHFET的输出电流,减小其电流崩塌程度,这个现象也难用应力模型来解释。另外Luo等也观察到SiO2在抑制RF电流崩塌效应上强于Si3N4。其它的实验现象,比如MOS和MIS结构并不能完全消除RF电流崩塌效应,同样生长方法和器件工艺制作的器件却表现出不同的电流崩塌程度,也无法用应力模型做出合理的解释,所以,RF电流崩塌的应力模型还需要进一步证实或完善。
 
  2. AlGaN势垒层的虚栅模型
  1999年Khon等人在提出高频频散现象时就提出了虚栅模型,但是并没有详细的论述。2001年,Vetury等人用浮栅法研究了AlGaN/GaN HEMT的表面态效应,发现了器件表面存在大量的负电荷和表面势负偏的现象,由此提出了表面态俘获电子、形成虚栅,造成RF电流崩塌的模型。这也是目前普遍被人们采用和最有说服力的模型。
 
  在HEMT工作过程中,当源漏电压足够大,使沟道内的热电子隧穿到AlGaN表面,被栅漏区之间的表面态俘获,这些负电荷好比在栅漏电极之间存在另一个栅极,也就是形成虚栅。从而使栅耗尽区横向扩展,减小沟道2DEG浓度,出现电流崩塌现象。由于这些表面态能级的充放电时间通常很大,赶不上RF信号的频率,所以在RF信号下,虚栅会调制沟道电子的浓度,使器件输出电流减小,膝电压增加,输出功率密度和功率密度附加效率减小,形成电流崩塌。虚栅模型很好的解释了RF强信号电流减小的原因,但是这个模型本身仍有很多问题。首先,对形成虚栅的电子来源、虚栅对沟道电流的调制机理等问题存在着不少争议;其次,虚栅模型在解释RF电流崩塌程度与势垒层厚度、掺杂浓度的关系以及与栅极结构、测量温度的关系上也碰到一些困难。
 
  3. DC电流崩塌效应形成的机理
  电流崩塌效应除了目前广泛被人们关注的RF引起的电流崩塌效应外,直流偏置应力引起的电流崩塌现象也值得关注。很多文献报道,对器件施加一定时间的直流偏置应力,器件直流特性明显退化,出现电流崩塌现象。这种电流崩塌只有在施加很大的源漏电压的情况下才能发生。大源漏电压下,栅漏之间产生强的电场,沟道热电子受激发隧穿到AlGaN表面,被栅漏之间的表面态俘获,形成虚栅,出现电流崩塌现象。

相关阅读

友情链接:万利彩票网  9号彩票开奖  98彩票  万利彩票  9号彩票平台  九号彩票网  博乐彩票  9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!