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功率半导体器件在电源管理、消费电子、电力传输等领域得到广泛的应用,对人们的生活产生深远影响。硅基半导体器件经过几十年的发展,其性能几乎超过其材料的理论极限,然而电子系统的飞速发展,对功率器件的要求越发严苛,寻找高性能的功率半导体材料迫在眉睫。相对于第一代半导体材料硅,化合物半导体材料氮化镓(GaN)具有禁带宽、电子饱和速度高、临界击穿电场大等优点,这赋予了GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)具有开关速度快、导通电阻低、击穿电压高等特点。In AlN/GaN异质结在势垒层In组分为17%时可以实现晶格匹配,有效地增加器件的可靠性,而且InAlN/GaN异质结由于超强的自发极化效应可以实现高浓度2DEG,极大地提高器件的电流密度。然而In AlN/GaN HEMT在大范围应用之前还面临许多挑战,比如电流崩塌、泄漏电流的抑制、增强型器件技术,以及晶圆材料质量的提升等。本文的主要内容如下:(1)结合相关文献对GaN异质结的极化效应和GaN HEMT工作机理以及增强型器件的实现方式做了理论分析,对GaN基HEMT的电流崩塌成因、抑制方法进行深入讨论。基于自己在中科院微电子所和苏州纳米所的流片经验和已有资料对GaN HEMT的关键工艺方法做了介绍。(2)基于Sentaurus器件仿真平台对InAlN/GaN HEMT的两种常用增强型技术凹槽栅结构与负离子注入技术进行仿真研究。分析凹槽深度和负离子注入体密度对器件阈值电压的影响,并结合能带结构建立凹槽栅结构InAlN/GaN HEMT阈值电压模型。(3)采用肖特基源InAlN/GaN HEMT技术,低功函数的肖特基金属代替常规HEMT结构的欧姆源极。该结构源极金属可以避免高温退火,有效改善了金属与半导体的接触形貌,进而可以降低反向漏电、提高耐压。本文首先通过仿真研究肖特基源In AlN/GaN HEMT技术相对于常规HEMT反向特性的改善,然后通过实际器件的制备测试验证肖特基源In AlN/GaN HEMT可以有效提高器件的击穿耐压。