基于陷阱的4H-SiC MESFET频散效应研究

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SiC材料具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等优良特性,这些特性决定了它在高温、大功率、高频和抗辐照等方面有着广泛的应用前景。因而以4H—SiC材料制作的功率微波器件——金属半导体场效应晶体管(MESFET)越来越受到人们的重视,目前其应用主要集中于固态相控阵雷达系统、新一代移动通讯基站、超高频广播电视发射系统等领域。本文着重围绕4H—SiC MESFET中陷阱对直流和交流特性的影响,利用二维数值求解的方法通过器件模拟软件ISE TCAD对4H—SiC MESFET的频散效应进行了模拟和分析。主要工作如下: 讨论了4H—SiC MESFET中存在的两类陷阱。认为表面陷阱是由干法刻蚀工艺造成的,并且对栅源、栅漏间电阻,跨导,迁移率和夹断电压提出了一种简化的解析描述形式;体陷阱是由于沟道下的P型缓冲层造成的,提出了一种用缓冲层的结构参数表征陷阱作用的方法,通过这些参数的变化来反映陷阱的状态及输出特性的影响。 利用文献上已有的4H—SiC材料参数,结合ISE给定的一些数值模型,建立了适用于4H—SiC MESFET直流模拟的结构和物理模型,并用此模型对器件的直流特性进行模拟。结果表明,陷阱使得饱和漏电流降低,输出功率下降。 在正确的器件模型和直流模拟的基础上,结合ISE软件进行交流小信号的仿真。认为表面陷阱和体陷阱会对跨导和漏电导产生频散效应。而陷阱的不同能级、俘获截面、浓度和环境温度会对频散效应造成影响,即陷阱的俘获截面越大,能级越低,温度越高,漏电压越大频散现象越不易表现出来。 本文的工作不仅为进一步研究4H—SiC MESFET的非线性微波特性、器件设计提供了参考,更重要的为进一步完善适合器件的大信号模型、评估器件性能提供了一定的理论指导和实践途径。
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