AlGaN/GaN HEMT在电场与温度作用下辐照损伤效应研究

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GaN高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)由于其高功率密度、高击穿场强和低导通电阻等优势,在航空航天等领域具有巨大应用潜力,本文重点研究国产GaN HEMT器件在电应力、温度和辐照三种单一因素作用下的损伤行为,以及电应力与辐照耦合、温度与辐照耦合作用下的损伤效应和机制,探究了GaN HEMT在单一因素影响下和多因素协同作用下的电性能演化规律及其损伤机制。电应力试验中,当GaN HEMT器件处于关态和半开态时,其损伤主要是由于栅极电子注入引起的,当器件处于开态时,其损伤主要是由于沟道热电子注入和逆压电效应共同引起的。DLTS表明,器件内部深能级缺陷种类未发生变化,缺陷浓度有所增加,其中,开态下本征缺陷浓度增多程度最大,关态下本征缺陷浓度增多程度最小。温度试验中,在85K低温和325K中温作用2.3小时下,GaN HEMT器件的阈值电压、跨导、源漏饱和电流、以及栅极泄漏电流等电学性能均未产生明显变化,在本文温度试验条件下,表现出对温度的不敏感性。1 Me V高能电子辐照下,GaN HEMT器件的阈值电压、跨导、源漏饱和电流等电学性能退化较小。DLTS表明,器件内未出现新的缺陷,但本征缺陷浓度有所增加。栅-漏高压关态偏置电场与辐照协同作用下,GaN HEMT器件的阈值电压和跨导的变化量较单一电应力作用发生降低,较单独辐照的情况发生增大。DLTS分析表明,器件内并未出现新的缺陷,但本征缺陷浓度增大。温度与辐照协同作用下,与原始状态相比阈值电压反向漂移,输出电流降低,其中低温下(85K)退化程度最大,高温下(450K),退化程度最小。低温辐照耦合作用下DLTS结果说明,GaN HEMT器件并未出现新型缺陷峰,仅使内部本征缺陷增加。
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