【摘 要】
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近些年来,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）于高温高功率等场合应用广泛,但是由于器件的欧姆电极热稳定性、直流性能退化、界面陷阱俘获效应等因素,导致器件从实验室走向批量生产以及工业领域的应用都受到了部分限制。基于此,本文进行AlGaN/GaN HEMT器件欧姆电极高温存储特性和器件高温陷阱效应的研究。本论文利用光刻工艺制备器件欧姆电极并对其高温老化特性进行研究。通过对比实验,确定氮气氛
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近些年来,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）于高温高功率等场合应用广泛,但是由于器件的欧姆电极热稳定性、直流性能退化、界面陷阱俘获效应等因素,导致器件从实验室走向批量生产以及工业领域的应用都受到了部分限制。基于此,本文进行AlGaN/GaN HEMT器件欧姆电极高温存储特性和器件高温陷阱效应的研究。本论文利用光刻工艺制备器件欧姆电极并对其高温老化特性进行研究。通过对比实验,确定氮气氛围下860℃、180 s为最佳的退火条件,获得稳定的欧姆接触。在此基础上,采用AZ5214E正性反转光刻胶,以及JKG-2A型光刻机和图像反转剥离技术进行欧姆电极的制备。蒸镀的金属层及厚度为Ti/Al（10/70 nm）和Ti/Al/Ni/Au（10/70/30/70 nm）。选取制备的矩形传输线模型（TLM）进行高温老化实验。结果表明,500℃和600℃不同存储时间下（最长存储时间30 h）,随着时间增加,产生了不可恢复的裂纹和缺陷,并且表面的Au有所扩散。提取其比接触电阻率（ρc）和方块电阻(Rsh),500℃的初始ρc为2.214×10-4（?）·cm~2,30 h内此值相对稳定,几乎未发生变化。600℃的初始ρc为2.219×10-4（?）·cm~2,0-4 h其比接触电阻率有所上升,在4 h时ρc增加到9.095×10-4（?）·cm~2;后面又有所下降,12-30 h其ρc和Rsh相对保持稳定,未有明显变化。可见器件欧姆电极具有一定的高温热稳定性。本论文利用电导法对高温下器件界面陷阱进行研究,分析器件高温性能退化的原因。结果表明,随着温度从25℃到500℃,饱和漏电流下降了82.69%、阈值电压有小的正向漂移、最大跨导值下降了85.83%,并且势垒高度从0.69 e V增加到1.22 e V。根据器件的等效电路模型,由电路之间的导纳等价关系计算得到器件电容Cp和电导Gp与实际测试的电容Cm、电导Gm和旁路电阻Rs的关系。结果表明,随温度升高,电容-电压（C-V）特性曲线的正向位移越来越明显,对二维电子气的约束变差。通过电导法提取了界面陷阱密度Dit和时间常数τit,不同电压和温度下的Dit和τit分别为(8.41×1010～1.40×1011)e V-1cm-2、（0.398～0.636）μs和(1.03×1011～1.15×1011)e V-1cm-2、（0.455～0.532）μs。在25℃下,随着电压值从-3.6 V变到-2.2 V,界面陷阱能级更接近导带底,界面陷阱密度增加且时间常数降低。随着温度增加,界面陷阱密度增加,时间常数逐渐增大后基本保持不变。说明高温陷阱活性增强,电子被界面陷阱捕获或释放进而可能导致器件高温性能的退化。
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