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AlGaN/GaN HEMT由于具有击穿电压高、电子漂移速度快和电子浓度大等特点,已被越来越多地应用于高频及大功率领域。但是,受电流崩塌和自热等效应影响,其器件性能被大大地降低。其中,电流崩塌效应是减小器件输出功率的主要因素。基于GaN HEMT器件物理和实验分析测试结果,发现电子迁移率与二维电子气浓度有关,并提出了一种GaN电流崩塌效应的新物理模型。采用迭代法求解Schrodinger-Poisson方程,当AlGaN势垒层掺杂浓度为1×1018cm-3时,二维电子气浓度最高可达1×1012cm-2,并且二维电子气薄层厚度随着势垒层厚度的增加从15nm增加到40nm。在大漏极电压条件下,沟道电子易于注入到GaN缓冲层中,并被缓冲层中的陷阱所俘获,耗尽二维电子气,从而导致电流崩塌效应。该模型描述了电流崩塌效应与缓冲层中陷阱的相互关系,并获得了电流崩塌前后迁移率与二维电子气浓度乘积的归一化值0. 95×θVGS。采用W=300μm,L=4μm,VT=-6.5V,二维电子气浓度2.1×1013 cm-2,电子迁移率654 cm2/V·s的器件验证了该模型。在GaN HEMT漏极脉冲电流崩塌测试中,发现脉冲条件下漏极电流比直流时减小大约50%;脉冲信号频率对电流崩塌效应影响较小;当栅压较小时,随着脉冲宽度的改变漏极电流按I0(δ+γT/16)的规律变化。在GaN HEMT栅极脉冲电流崩塌测试中,观察到栅脉冲条件下漏极电流比直流情况下减小了47%;随着信号频率的改变,漏极电流按μnCoxW[m+(n+k ?)VGS+(n+k?)VGS2](VGS-Vth)2/L的规律变化;脉冲信号宽度对电流崩塌影响较小。脉冲条件下,GaN HEMT电流崩塌效应主要由栅漏之间表面态充放电引起。测量栅漏之间的准静态电容,当漏极电压为0V时,栅极电压从-5V增加到0V左右,栅漏之间的表面电容出现高达1.5×10-10C的尖峰电容。采用应力测试方法,获得了AlGaN/GaN HEMT漏极电流随时间的变化。实验结果指出,应力导致漏极电流最大减小56.2%;不同电压应力条件下,只要所加时间足够长和电压足够大,相同栅压的电流崩塌程度都近似相等;漏极电流的恢复时间与大小分别为34.5+jVGS与j(VGS-VT)(2-dt)。基于实验结果的理论分析认为,GaN HEMT的GaN缓冲层陷阱以及栅漏之间