AlGaNGaN+高电子迁移率晶体管解析模型

4

第2期2++>年2月

电子学报

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B_)12++>

!"#$%&#$%高电子迁移率晶体管解析模型

杨

燕’王

平’郝

跃’张进城’李培咸

西安电子科技大学微电子所’陕西西安)(*++)*,

摘

要-基于电荷控制理论’考虑到极化效应和寄生漏源电阻的影响’建立了能精确模拟!"#$%&#$%高电子

迁移率晶体管直流.计算表明’自发极化和压电极化的综合作用对器件特性影响尤/0特性和小信号参数的解析模型1为显著’降低寄生源漏电阻可栅长为*;)+2+12+16#$%&#$%789:获得的最大漏电流为*5!&55<3栅压下’45的!"以获得更高的饱和电流=跨导和截至频率1模拟结果同已有的测试结果较为吻合’该模型具有物理概念明确且算法简单的优点’适于微波器件结构和电路设计1

!"#$%&#$%<高电子迁移率晶体管<解析模型<极化效应<寄生源漏电阻

中图分类号-:文献标识码-!文章编号-+2>;)2/2**2(2++>,+2/+2+>/+?%;关键词-

&@ABCDEFGBCHIJKCLIM@CNBONBOPFQRSCKGEMIAHITFCFEDUMBAVFVEIM

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提出了一个适于模拟!"漏电阻以及场致速度的影响’#$%&#$%

模拟结果与实验测量值789:各种不同物理特性的解析模型1

符合较好’表明了该模型的正确性’可用于器件优化设计1

2引言

宽禁带半导体氮化镓(击穿电#$%,由于具有禁带宽度大=

场强度高=导热系数大=电子饱和漂移速度高等特点而在高温以

*’24

及微波大功率器件制造领域极具潜力3尤其重要的是-以1#$%材料为基础制作的!"#$%&#$%异质结结构由于具有很高

2

的电子迁移率(约为2以及二维电子气面密度(约+++b,5&35!

*;62

而受到了越来越多的关注1为*+b5,

正是!"#$%&#$%789:也称作调制掺杂场效应晶体管’

以!"在微#$%&#$%异质结结构为基础而制造的#$%基器件’波高功率和高温应用方面具有明显优势’已经成为当前研究的

327?4

目前’国内外有许多这方面研究的报道’但大多热点之一1

基于实验研究’关于理论尤其是建立真正适于!"#$%&#$%

器件模型方面的研究则相对较少1789:

本文从材料以及器件物理的角度出发’考虑到在!"#$%&

寄生源#$%材料系统中占重要地位的自发和压电极化效应=

8模型的建立

图*是本文所研究的

&5#*65%!"$#$%789:器

件结构图1当在与X6

5#*65%隔离层相接触!"$

的肖特基金属上加电压时’

&5#*65%!"$#$%异质结界

面上所形成的二维电子气

>4

的薄层载流子浓度为3-

(,:i9’|n

万方数据收稿日期-修回日期-2++?/+;/22<2++?/*+/2>

基金项目-国家重大基础研究(项目<国防预先研究项目支持研究(>);,1?*;+6+?+*+?,%#

60(,60(,(=ilom|9,0

<v

(*,

4

EPH

电子

其中

学报

EPPN年

其中!摩尔数!.,-,&’)*&+中的$,/"为电子电荷!#是$%(%,是外加的栅源电压!为二维电子气厚度!是.0!2235674,1#348

:&’)*&+(’(+;<=>的阈值电压与极化电8处的沟道势9$%荷密度有关!其关系式如下?

E

,,

2-B2*02**2E3@A7#3#3C#34,

E12#312#3

式中的B为肖特基势垒高度!是两种半导体的导带底227#30C#3在交界面处的突变!2&’)*&+隔离层的掺杂浓度!(F#3D,为$%GHI是$%其表达!&’)*&+界面处净极化所引发的薄层电荷密度(

EEEE

-).E*f2*b3767,6d)fCbCb

EEEE

*E2*423.E2*b3)-E77656@A7,6cfCb4#3fCbeCEEEEE

)-f2*432*b3*E*423256@A756@A76,T4bC#3Cc4通过计算上式即可获得4并求出[9,6O@,6O@

VWV小信号交流参数模型

小信号交流参数对于评价$%’(+:’(+;<=>器件微波性能极为重要9跨导5#作为优化场效应晶体管高频性能最重要的小信号参数之一!实际上它就是器件的增益9按照其定义!在保持漏电压4为常数的条件下对[关于4求偏导!即,6,656

-#25#3

2#3g[,6

g456

4-常数

,6

式如下?

J3.K3*KJ2J-JKC2&’)*&+LK2&’)*&+LK2$%$%’(+3((F#3K2M3

NI

其中压电极化和自发极化效应G所引发的薄层电荷密度分别为?

)M

3-ES2#3*S2#KC2&’)*&+K($%M)MM

O2#323TMM#3-2*P9PNE9PEU3LK2&’)*&+K(#*P$%

是晶格常数!和S是压电常数!和T22222M)MM)MMMO#3S#3#3T#3#3

2))3

所以!由式2和式2得到线性区和饱和区的跨导分别为?a3U3

2-5#3#h/^

2-#35#6O@

2#3.eEd[,6

2)E3

RQR

EEEE

76,76,6O@756@A

2#3.e)Ed)4,6O@

2)M3

为弹性常量9

VWX漏电流模型

YI

由电流密度方程G得到沟道中的漏Z源电流为?

23-\"232!2_3,6,6[#!8]8^8#3其中!为电子漂移速度9当漏电压较低时!电子23,\是栅宽!]8漂移速度未达到饱和!可表示为?

283-],

P

).

C7

同样的!截至频率作为优化器件高频性能的主要指数之一!#2#3EjT5

其中!可以表示为?5是有效栅电容!T其定义如下?

2-@i#3

2-5T#3

2)_3

2N3

2)N3

,

\c是栅下的有效面积!,是栅和二维电子气沟道间的距

为常数!这主要是因为在正常工作条件下!本文假设T离925#3

栅对电荷具有完全控制作用!:&’)*&+$%(’(+;<=>栅下的即保持恒值,则T耗尽区延伸到了整个k3!*$%&’)*&+层25为(一常数值9因此!

2-@i#3

#Ej\c12#3

C-,4283:,87

将式2和式2代入式这里!)3N3P是低场迁移率!7为关键电场9C‘

可得?2_32!.,6[8#3)

2)H3

Q

7P

-C,8,7

R

7

2H32*42*42356@A74#38

,8

l模拟结果与分析

为了更好的说明极化效应对于器件特性的影响!笔者首先对三种不同情况下2考虑压电和自发两种极化效应m只考虑自发极化效应和不考虑极化效应3P9EP9a$%’(+:’(+;<=>的直流输出特性进行了对比2参见图E其中!器件栅长为)栅宽为39n&!未掺杂$%掺杂$%)PPP9EP9aP9EP9an&!’(+层厚度为Nk&!’(+层厚

)U*M

度为)掺杂浓度为)可以看出!栅偏置为ENo)P9p&3k&2q

aI

取边界条件为G?

23J-[223J*[22Y378-P,6L78-c-4,6,6,48#3b8#3b4式中b对式2H36和b,分别为器件帽层的寄生源电阻和漏电阻!沿着沟道长度c积分!可得?

23.e2.T-P,6,6d2[#3[#3

其中!

EE

.E*f2*b36,7,6d-EbbCb

E

2a3

时!只考虑自发极化效应所获得的最大漏电流为U_P&$:&&r

-E*E2*423*E*E7,,67656@A7,6efCfC4#3Cb4bc4

E

-E*f7,67,6TfC44C

P

,

对上式求解!即可以得到[在线性区的表达式9另一,6

方面!当沟道区电子达到速度饱和时!饱和电流为?

-f

2-\"2*42*4232U3,6O@6O@56@A,6O@[#344#3#3由于线性区和饱和区的电流是连续的!因此用4代替式,6O@并令式2和式2两式相等得到?中的4!a3U32a3,6万方数据

E

23.e)2.T)-P2#34#3,6O@,6O@d)4

2)P3

4

第

0期

杨

燕D&/124’124

高电子迁移率晶体管解析模型

0$#

压电和自发两种极化效应都考虑时为!不考虑极"#$%&’%%(

化效应时为)对应的开关态比+即最大漏电流与$$%&’%%*分别为-和)从而说明当对&/!)$.!"#$.$$*$*0%&’%%的比值,

器件特性进行模拟时.必须考虑两种极化$*3124’12456789效应的影响.否则必然导致模拟结果不准确*另外.从图中还可以看出.在压电和自发极化效应都考虑的情况下.栅压为0:时所获得的膝电压为;只考虑自发极化效应<考虑两种极化*$:*效应以及不考虑极化效应三种情况下对应的夹断电压分别为="*"3=>*$*$:<:和=!:*

图"是考虑寄生源漏电阻和不考虑寄生漏源电阻条件下.

的增加.电子通过沟道的渡越时间变长.以此导致了频率的降&/$*!>12$*3>4’1245678输出特性的模拟结果同实验测量值?)@

的比较*从图中可以看出.&/124’1245678具有较大的

饱和电流密度+>$"*)%&’%%,*从计算过程分析.这主要与&/124’1245678中存在较大的导带不连续性和能够产生非常高的薄层电荷密度的强极化效应有较大关系*从图中还可以看出.不考虑寄生源漏电阻时.同实验结果相比.漏电流理论值相应较大.饱和漏电压较低(考虑寄生源漏电阻作用时.模拟结果同实验曲线符合较好*在栅压较低时.两种情况下的模拟结果相差较小.这主要与此时沟道电阻较大.寄生源漏电阻影响相对较小有关*

图)是漏电压为":时.漏电流随栅压的变化曲线*从图中可看出.考虑寄生源漏电阻时.本文模型的计算结果与实验结果符合较好.但当栅压较低时.存在一定偏差.这可能与当漏电压大于有效栅压时.栅泄漏和衬底电流逐渐占主要地位而使得在栅的漏端出现强电场有较大关系*

图>是本文计算得到的跨导随栅压的变化曲线*当漏电压为!:时.两种情况下所获得的最大跨导分别为#"*$%9’%%和

;0*>%9’%%(漏电压为0:时.分别为!03*$%9’%%和!!$*$%9’%%*

可以看出.不同漏压条件下.不考虑寄生漏源电阻时所对应的跨导值均较大*从计算过程来看.这主要与&/124’1245678中存在高的峰值电子饱和速度和强极化效应所引发的高载流子浓度有相当大的关系*从图中还可以看出.考虑源漏电阻时.跨导在线性区随着栅压的增大而增大.达到峰值后在饱和区随着栅压的增大而下降*这是由于当二维电子气密度达到平衡值后.电流密度不再随着栅压正比增加.因此在较高的栅压下.跨导开始下降*

图;是截止频率随栅长的变化万方数据*如图所示.截止频率随着栅长的增加而迅速降低*从模拟过程来看.这主要是由于随着栅长

低.因而尺寸较小的&/124’1245678具有很高的截止频率A

B*C结论

提出了一个适于模拟&/124’1245678直流特性和小信号参数的解析模型.该模型中考虑了寄生漏源电阻和能在异质结界面处引发非常高的二维电子气密度的极化效应的影响*通过求解该模型.分析了极化效应对&/$*0$12$*3$4’1245678输出特性的影响.获得了&/$*!>12$*3>4’1245678的输出特性<

跨导和截止频率.其中器件的输出特性以及转移特性同实验结果符合较好.对截止频率的计算则表明&/124’1245678在微波功率应用方面具有巨大的应用潜力*

另外.该模型物理意义明确.计算也相对较为简单.因而可在&/124’1245678器件和电路研究中使用*参考文献D

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EF7G9HI2.JKLM.NOFP//PI.PQ2/*124%GRIST2UPP/PRQISVGR9?W@*X6668I2V7GRIST2UP8HPSIY8PRHV

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Z[HPV.[5PG\%2V.N7SI2V.PQ2/*&/124’&/4’124HG]H^_STPI%GRIST2UP5678?W@*X6666/PRQISV‘PUGRPZPQQ

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电荷对二维电子气输运的影响?W@*半导体学报.0$$".0)+-,D-"#=-)!*

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4

014

/0112/345678391:39;<!"#$%&’()*"+$,(-.)(

电子学报

0119

年

王平

男/2DDD年和0110年在西北大学和

作者简介8

杨

燕

女/0112年和0113年在西安电子科

西安电子科技大学分别获得工学学士和硕士学位/现为西安电子科技大学微电子学与固体电子学博主要研究方向为宽带隙半导体器件建模及工士/艺<

现为西安电子科技大学获得工学学士和硕士学位/

技大学微电子学与固体电子学博士/主要研究方向为氮化镓基微波=高温大功率器件<&>8?#.’20639BC2B6<@.’’A)+?<

郝

跃

男/2D4B年和2DD2年分别获西安电子科技大学硕士和西

安交通大学博士学位/现为西安电子科技大学教授/博士生导师/西安电主要研究方向为超深亚微米FG子科技大学副校长/E&&&高级会员/HE

万方数据

可靠性理论与设计方法=新型宽禁带半导体器件与关键技术=以及系统集成5HIJ7设计与设计方法学等/已发表的学术论文有291多篇/专著三本<

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AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管解析模型

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

杨燕， 王平， 郝跃， 张进城， 李培咸， YANG Yan， WANG Ping， HAO Yue， ZHANG Jin-cheng， LI Pei-xian

西安电子科技大学微电子所,陕西西安,710071电子学报

ACTA ELECTRONICA SINICA2005，33(2)2次

参考文献(8条)

1.U K Mishra.Y F Wu.B P Keller GaN microwave electronics 1998(6)

2.L Shen.S Heikman.B Moran AlGaN/AlN/GaN high-power microwave HEMT 2001(3)

3.范隆.张进城.李培咸.郝跃 AlGaN/GaN异质结辐射感生界面态电荷对二维电子气输运的影响[期刊论文]-半导体学报2003(9)

4.Y F Wu.S Keller.P Kozodoy Bias dependent microwave performance of AlGaN/GaN MODFETs up to 100V1997(6)

5.D Delagebeaudeuf.N T Linh Metal-(n)AlGaAs-GaAs two dimensional electron gas FET 1982(6)

6.O Ambacher.J Smart.J R Shealy Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectricpolarization chargin N-and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures 1999(6)7.S M/Sze Physics of Semiconductor Devices 1981

8.Fabio Sacconi.Aldo Di Carlo.P Lugli Spontaneous and piezoelectric polarization effects on the oputcharacteristics of AlGaN/GaN heterojunction modulation doped FETs 2001(3)

相似文献(10条)

1.期刊论文 郝跃.杨燕.张进城.王平 4H-SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的研制 -半导体学报2004,25(12)

报道了在4H-SiC衬底上AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的研制和室温特性测试结果.器件采用栅长为0.7μm,夹断电压为-3.2V,获得了最高跨导为202mS/mm,最大漏源饱和电流密度为915mA/mm的优良性能和结果.

2.期刊论文 李若凡.杨瑞霞.武一宾.张志国.许娜颖.马永强.Li Ruo-Fan.Yang Rui-Xia.Wu Yi-Bin.Zhang Zhi-Guo.Xu Na-Ying.Ma Yong-Qiang 用逆压电极化模型对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管电流崩塌现象的研究 -物理学报2008,57(4)

通过自洽求解一维Poisson-Schrodinger方程,模拟了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在工作时等效外电场对AlGaN/GaN异质结沟道处二维电子气(2DEG)浓度的影响.分析了逆压电极化效应的作用,从正-逆压电极化现象出发,提出了逆压电极化模型.计算结果显示:逆压电极化明显影响2DEG性质,当Al组分x=0.3,AlGaN层厚度为20nm时.不考虑逆压电极化,2DEG浓度为1.53×1013cm-2;当等效外电压分别为10和15 V时,2DEG浓度降低至1.04×1013 cm-2和0.789×1013cm-2.用该模型解释了2DEG退化及电流崩塌现象产生的原因.并讨论了抑制电流崩塌的办法.

3.学位论文 常远程 AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的模型研究 2006

氮化镓是近十几年来迅速发展起来的第三代宽禁带半导体材料之一，其化学性质稳定、耐高温、耐腐蚀，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高密度集成的电子器件以及蓝光、绿光和紫外光电子器件。所有这些优良的性质，很好的弥补了前两代Si 和AsGa 等半导体材料本身固有的缺点，从而成为飞速发展的研究前沿。

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMTs)，是以AlGaN/GaN 异质结材料为基础而制造的GaN 基器件。与传统的MESFET 器件相比，AlGaN/GaN HEMTs 具有高跨导、高饱和电流以及高截止频率的优良特性。另外，实验证明，GaN 基HEMT在1000K 的高温下仍然保持着良好的直流特性。从而减少甚至取消冷却系统，使系统的体积和重量大大降低，效率大大提高。由于GaN 材料的热导率较高、热容量大，特别是它有着较高的击穿电场。这极大地提高了GaN 器件的耐压容量、电流密度，使GaN 功率器件可以工作在大功率的条件下。

随着GaN 材料制造工艺的不断改进和制造成本的下降，AlGaN/GaN HEMT器件必将在高温、大功率、高频、光电子、抗辐照等领域取得广泛的应用。虽然人们对GaN 基微波功率器件的研究工作已经持续了多年，深度和广度已经达到了前所未有的水平，但是真正商业化的AlGaN/GaN HEMT 功率器件仍然尚未问世。这里面有诸多原因。除了可靠性及GaN 缺陷密度等问题尚未解决外，当HEMT 器件工作于大功率、高温的环境时，会产生明显的“自热效应”。引起附加的功率损失和电流输出能力的下降，进而降低器件的微波性能，甚至引起功能失效。另一方面对于在微波领域有着良好应用前景的AlGaN/GaN HEMT ，由于GaN基器件发展历史相对较短，对AlGaN/GaN HEMT 的大信号小信号建模理论研究成果较少，还主要沿用MESFET 的相关模型。由于HEMT 与MESFET 的工作原理有所不同，在加上AlGaN/GaN HEMT 器件有其自身的特点，所以套用这些模型误差在所难免。因此建立适合AlGaN/GaN HEMT 的大小信号模型是目前理论研究需要努力的方向。以上这些问题的研究都是推进AlGaN/GaN HEMT 商业化生产进程中十分重要的步骤。 本课题围绕以下几个方面展开具体工作：

4

（1）针对HEMT 器件的自热效应，提出了一种用于分析AlGaN/GaN HEMT I-V特性的数值计算模型，在算法上转化为迭代求解泊松方程、薛定谔方程和费米分布。分析了自热效应的起因，以及这种效应对二维电子气浓度分布和漏电流的影响。在此过程中引入了一系列与温度和Al 含量有关的参数，如导带断续、载流子迁移率、极化效应、电子饱和漂移速度、热导率等。而且提出了器件衬底底部温度sub T 为非恒定的模型。采用此模型的模拟结果与国外发表的实验数据一致性很好，而这些因素的考虑未影响模型运算的迭代收敛性，也未明显增加计算量，因此在大功率AlGaN/GaN HEMT 的研究过程中，这一模型适合于包括“自热效应”在内的器件温度特性分析。

（2）在以上数值分析模型的基础上，分别计算了不同温度时HEMT 器件漏电流与栅电压以及跨导与栅电压之间的关系，并与实验值做了对比，模拟的结果比较好的反映了实际情况。计算结果表明当环境温度较高时，AlGaN/GaN HEMT 器件的衬底底部与沟道之间的温度差会变得较大。这种现象会导致沟道中电子迁移率降低，从而使器件的跨导进一步下降，微波特性变差。

（3）从小信号线性分析入手，详细讨论了AlGaN/GaN HEMT 小信号等效电路模型，给出了S 参数法提取寄生元件和本征元件的详细过程。特别地，提出了一种专门针对AlGaN/GaN HEMT 器件，基于S 参数测量值的参数提取模型。这个模型具有简单易行，精度较高的优点。尤其是不用参数优化，免去了大量的计算过程。我们应用一组实际测量的AlGaN/GaN HEMT 小信号S 参数进行了比较验证，结果比较令人满意。并得出结论，在提取出寄生参数后，应用较高频率的S 参数来提取本征参数。小信号的分析方法能够推广于大信号分析，为非线性分析提供必要的支持。

（4）总结了几种常见的AlGaN/GaN HEMT 器件大信号直流I-V 特性模型。并且较为详细地分析了AlGaN/GaN HEMT 器件大信号电容模型。在考虑了栅电压与源漏电流的关系以及在不同栅电压区ds I 随ds V 的变化斜率不同的基础上，以Materka模型为数学模型框架，结合经验数学模型的简明特点，提出了一种改进的I-V 特性模型。对AlGaN/GaN HEMT 器件大信号的输出特性进行精确的描述。采用这个模型计算了AlGaN/GaN HEMT 器件I-V 特性，与实际测量数据进行的比较说明，栅电压与源漏电流之间的平方关系不足以准确描述器件的实际状况。而且在不同栅电压区，ds I 随ds V 的变化斜率也有所不同。改进的模型比Materka 模型具有更高的精度，在AlGaN/GaN HEMT 器件性能的测评方面具有一定价值。

4.期刊论文 吴桐.郝智彪.唐广.郭文平.胡卉.孙长征.罗毅.Wu Tong.HAO Zhibiao.Tang Guang.GUO Wenping.Hu Hui.Sun Changzheng.Luo Yi 不同AlGaN层厚度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的静态特性 -半导体学报2003,24(11)

利用金属有机化合物气相外延技术研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构的外延生长及器件制作,重点比较了具有不同AlGaN层厚度的HEMT器件的静态特性.实验发现具有较薄AlGaN隔离层的结构表现出较好的器件特性.栅长为1μm的器件获得了650mA/mm的最大饱和电流密度和100mS/mm的最大跨导.

5.期刊论文 王晓亮.胡国新.王军喜.刘新宇.刘键.刘宏新.孙殿照.曾一平.钱鹤.李晋闽.孔梅影.林兰英.WangXiaoliang.Hu Guoxin.Wang Junxi.Liu Xinyu.Liu Jian.LIU Hongxin.Sun Dianzhao.Zeng Yiping.Qian He.LiJinmin.Kong Meiying.Lin Lanying RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性 -半导体学报2004,25(2)

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为1035cm2/(V·s),二维电子气浓度为1.0×1013cm-2,77K迁移率为2653cm2/(V·s),二维电子气浓度为

9.6×1012cm-2的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm)的室温非本征跨导为186mS/mm,最大漏极饱和电流密度为925mA/mm,特征频率为18.8GHz.

6.期刊论文 任春江.陈堂胜.焦刚.钟世昌.薛舫时.陈辰.REN Chunjiang.CHEN Tangsheng.JIAO Gang.ZHONG Shichang.XUE Fangshi.CHEN Chen 磁控溅射AIN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT -固体电子学研究与进展2009,29(3)

报道了一种X波段输出功率密度达10.4 W/mm的SiC衬底AIGaN/GaN MIS-HEMT,器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的A1N介质作为绝缘层.采用MIS结构后,器件击穿电压由80 V提高到了180 V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压.在8 GHz、55 V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4 W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56 dB和39.2%.

7.期刊论文 姜霞.赵正平.张志国.骆新江.杨瑞霞.冯志红 用于SiC和蓝宝石衬底的AlGaN/GaN HEMT热解析模型 -半导体技术2010,35(2)

研究了温度的升高对低场迁移率及阈值电压的影响,建立了模拟AlGaN/GaN HEMT直流I-V特性的热解析模型.模型考虑了极化、材料热导率、电子迁移率、薄层载流子浓度、饱和电子漂移速度及导带断续的影响.模拟结果表明,低场迁移率随温度的升高而下降,阈值电压随温度的升高略有增加,但变化很小,而沟道温度随漏压的增加上升很快,并最终导致输出漏电流的下降.最后将模拟结果与实验值进行对比,符合较好,证明了该模型的正确性,并可以应用于SiC和蓝宝石两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的模拟.

8.期刊论文 常远程.张义门.张玉明.曹全君.王超.CHANG Yuan-cheng.ZHANG Yi-men.ZHANG Yu-ming.CAO Quan-jun.WANG Chao AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管大信号I-V特性模型 -电子器件2007,30(2)

对非线性电流源Ids(Vgs,Vds)的准确描述是AlGaN/GaNHEMT大信号模型的最重要部分之一.Materka模型考虑了夹断电压与Vds的关系,其模型参数只有三个,但是Ids与Vgs的平方关系不符合实际,计算结果与测量数据有误差.我们在考虑了栅电压与漏电流的关系及不同栅压区漏电流随漏电压斜率改变的基础上,提出了改进的高电子迁移率晶体管(HEMT)的直流特性模型.采用这个模型,计算了AlGaN/GaNHEMT器件的大信号I-V特性,并与实际测量数据进行了比较.实验结果表明改进的模型更精确,Ids与Vgs的呈2.5次方的指数关系.

9.期刊论文 常远程.张义门.张玉明.王超.曹全君.CHANG Yuan-cheng.ZHANG Yi-men.ZHANG Yu-ming.WANG Chao.CAOQuan-jun AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管小信号等效电路的参数提取 -电子器件2007,30(1)

本文在高电子迁移率晶体管(HEMT)小信号等效电路模型的基础上,考虑了AlGaN/GaN HEMT的结构特性,具体分析了寄生参数和本征参数的提取方法.采用这些方法,实际测量了5～10 GHz频率下HEMT器件的小信号S参数并提取了它的电学参数,S参数的计算值与实际测量值进行了比较.实验结果表明此方法简单易行,较为精确.

10.期刊论文 李献杰.曾庆明.周州.刘玉贵.乔树允.蔡道民.赵永林.蔡树军.Li Xianjie.Zeng Qingming.Zhou Zhou.Liu Yugui.Qiao Shuyun.Cai Daomin.Zhao Yonglin.Cai Shujun fmax为100GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 -半导体学报2005,26(11)

制作了蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管.0V栅压下,0.3μm栅长、100μm栅宽的器件的饱和漏电流密度为0.85A/mm,峰值跨导为225mS/mm;特征频率和最高振荡频率分别为45和100GHz;4GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.8W/mm和9.5dB,8GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.12W/mm和11.5dB.

引证文献(2条)

1.郝跃.韩新伟.张进城.张金凤 AlGaN/GaN HEMT器件直流扫描电流崩塌机理及其物理模型[期刊论文]-物理学报

4

2006(07)

2.鲁小妹 基于ISE的AlGaN/GaN HEMT直流特性研究及深能级的测试分析[学位论文]硕士 2006

本文链接：/Periodical_dianzixb200502004.aspx

下载时间：2010年5月13日

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