【摘 要】
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由于宽禁带材料GaN具有高临界击穿电场和良好抗辐照性,受到功率半导体领域内研究者们的广泛关注。Ⅲ-Ⅴ族化合物所具有的强极化效应使得AlGaN/GaN异质结界面处会产生高浓度、高迁移率的二维电子气。因此基于二维电子气导电的AlGaN/GaN HEMT器件同时具有高饱和电流、高工作频率与高击穿电压的优良性能。为了更好的发挥材料与器件优势,研究者们提出了多种HEMT器件耐压增强技术,其中也包括横向表面超
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由于宽禁带材料GaN具有高临界击穿电场和良好抗辐照性,受到功率半导体领域内研究者们的广泛关注。Ⅲ-Ⅴ族化合物所具有的强极化效应使得AlGaN/GaN异质结界面处会产生高浓度、高迁移率的二维电子气。因此基于二维电子气导电的AlGaN/GaN HEMT器件同时具有高饱和电流、高工作频率与高击穿电压的优良性能。为了更好的发挥材料与器件优势,研究者们提出了多种HEMT器件耐压增强技术,其中也包括横向表面超结结构。将超结制备在器件表面,一方面可以利用超结原理改善器件耐压性能,另一方面规避了HEMT体内超结制备工艺难度大的问题。本文通过分析现有AlGaN/GaN HEMT的横向表面超结器件击穿的机理,提出了一种新的阶梯形横向表面超结结构,可以有效地提高器件耐压。本文利用Sentaurus TCAD仿真软件进行了仿真研究。对具有典型结构参数的器件的分析表明,与常规的具有横向表面超结的器件相比,具有阶梯形横向表面超结的HEMT器件的比导通电阻与饱和电流密度几乎不变,而击穿电压大幅提高。这说明在表面超结结构中引入台阶并不会使器件正向特性退化,且台阶对超结末端的大电场峰具有很好的遏制效果,这使得器件更好地平衡了比导通电阻与击穿电压。在栅漏间距为11μm的条件下,器件击穿电压从653V提升至1637V,提高了约151%。与此同时,本文针对阶梯形横向表面超结结构的各项物理参数进行了研究,获得了阶梯形横向超结单元结构的长度与宽度、阶梯形P条掺杂浓度与厚度对击穿电压与输出电流的影响规律以及场板与台阶结构参数间的制约关系。通过这些研究获得了优化AlGaN/GaN HEMT阶梯形横向表面超结结构参数的原则,可对后续研究提供数据支撑。
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