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氮化镓(Ga N)基高电子迁移率晶体管(HEMT)作为功率开关器件,具有高功率、高频率和高击穿电压等优良的特性,同时可以在高温高辐射等恶劣环境下正常工作,因此已成为国内外的研究热点之一。虽然Ga N基HEMT经过多年研究开发并取得了重要进展,但在实际应用中仍然存在一些尚待解决的问题,最显著的便是电流崩塌问题,这严重的影响了HEMT器件的可靠性;此外,传统器件栅电极通过肖特基接触实现,从而导致过大的栅泄漏电流和过低的击穿电压。Ga N基器件中另一种重要的金属/半导体接触—欧姆接触也存在很多工艺问题,如表面形貌差、热稳定性不好等。这些问题也都对Ga N基HEMT器件的可靠性产生了严重影响,对此,我们也进行了一些研究。本文采用MIS(金属/介质层/半导体)栅器件结构,在优化设计器件结构的基础上,研究探索了器件制备技术条件和工艺流程,成功制备出了Al Ga N/Ga N MIS-HEMT功率开关器件并对其性能进行了分析测试,取得如下实验研究成果:(1)在优化选择衬底材料和功率开关器件结构的基础上,制备出Al Ga N/Ga N MIS-HEMT功率开关器件,电学特性测试发现其性能得到了很大的提高,饱和漏电流明显增大,增加了50m A。以Al2O3为栅介质的MIS-HEMT的阈值电压为-7.5V左右,这远小于传统器件(-2.95V),并且MIS-HEMT器件的跨导峰值有一定的降低,从8ms降到7ms,分析认为这是由于Al2O3栅介质的存在,使栅极与二维电子气沟道电容变小,栅控能力降低所致。此外,MIS结构的器件峰值跨导的半高宽得到了提高,从而实现功率增益应用时提高放大电路的线性度,从而提高了信号的保真度。同时发现栅介质的分压作用减小了Al Ga N势垒层中的电场,使器件栅漏电降低了两个量级。(2)由于介质层存在一定的表面态,制备得到的器件存在一定的阈值电压回滞现象,这会影响到器件的可靠性。对栅下的Al2O3栅介质进行CF4等离子体处理,可降低阈值电压回滞现象。另对栅介质进行后续退火处理,可以降低栅电极正反向漏电,退后前栅源偏置为10V时的漏电流为1.16m A,退火后为280n A;退火前器件的栅电极所能加的最大正向栅电压为在+2.0V,漏电流为0.5m A,退火后器件的正向电压可以加到+5.0V,漏电流为1.85m A;器件饱和电流也得到了提高,在栅电压为Vg=+5.0 V时,器件的饱和电流密度为520 m A/mm,进而提高了器件的输出功率;经过退火处理的器件关态耐压从不到50V提高到290V。(3)制备出栅长2μm,栅宽35mm的大功率器件器件,器件的导通电阻为0.57Ω?mm2,最大饱和漏电流12.5A,阈值电压回滞为0.05V。发现器件的关态耐压特性主要受buffer层漏电的影响,经过对材料buffer的改进,器件的关态击穿电压可达600V。