【摘 要】
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宽禁带氮化镓(GaN)基半导体物理特性优异,具有强击穿电场,高电子饱和速率和电子迁移率等,因此,非常适合制备功率微波电子器件,比如AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。然而,GaN基器件的反向漏电流远大于理论预测值。特别是,在高温和高压条件下长期工作时,反向漏电流会出现退化甚至失效行为,威胁器件的可靠性。低频噪声技术是研究缺陷相关的可靠性分析方法之一,能够获得与缺陷相关的能级深度和时间
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宽禁带氮化镓(GaN)基半导体物理特性优异,具有强击穿电场,高电子饱和速率和电子迁移率等,因此,非常适合制备功率微波电子器件,比如AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。然而,GaN基器件的反向漏电流远大于理论预测值。特别是,在高温和高压条件下长期工作时,反向漏电流会出现退化甚至失效行为,威胁器件的可靠性。低频噪声技术是研究缺陷相关的可靠性分析方法之一,能够获得与缺陷相关的能级深度和时间常数等重要参数,对理解缺陷有关的载流子输运过程有很大帮助。微光显微技术(EMMI)是对器件进行缺陷定位的三大失效分析工具之一,它的基本原理是通过捕获失效点发射的光子来定位失效点的位置,可用于分析器件发光现象和失效机理之间的关系。鉴于此,本文以GaN基肖特基二极管和发光二极管(LED)为研究对象,开展了以下研究:1、搭建了低频噪声测试系统。该系统采用GPIB通信协议,基于Python语言编写的测试程序,其测试频率范围为0.3 Hz-3 kHz。通过测试器件的低频电流噪声功率谱,可得到噪声幅值和时间常数等参数。常规电学测试只能得到器件的静态参数,而低频噪声能够分析缺陷态,是研究载流子输运的一个重要补充。2、搭建了失效热点定位系统。该系统采用高灵敏度的CMOS科研相机,基于Labview和Python的开发界面,能够实现图像的实时显示、形貌捕捉、热点定位以及录制视频等功能。可测试波长范围为400-1000 nm,非常适合宽禁带半导体器件的漏电定位,如GaN基LED和HEMT等。3、研究了GaN肖特基二极管的正向电流输运机制以及低频噪声特性,表明:1)热发射机制在正向高电压区占主导,有效势垒高度约为1.25 eV;2)与位错相关的缺陷辅助隧穿电流在正向低偏压区占主导,有效势垒高度约为0.92 eV(T=300 K);3)洛伦兹型噪音在极小电流和极低频率下才会出现,典型时间常数约为30 ms(I=1μA);4)低频1/f噪音在更高频率和电流下占主导,输运主要受到势垒高度的随机波动的影响。4、研究了GaN基LED的动态退化行为。结果表明:对器件施加高反向偏压的过程中,反向漏电流明显增加的同时失效点数量和低频噪声幅值都会明显增大。我们认为以上行为主要是由于位错密度增加导致的,位错周围的高密度浅能级施主态形成局部隧穿通道,使得电子更容易从价带跃迁至降低的导带。
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