AlGaN/GaN MIS-HEMT器件MIS结构界面态研究(3)
1.1.3AlGaN/GaN HEMT增强型器件研究进展
根据其阈值电压的正负可以将AlGaN/GaN HEMT分为耗尽型和增强型两类，阈值电压为负值是耗尽型，为正则为增强型。大多数研究的AlGaN/GaN HEMT是耗尽型器件，也即常开器件，常开型不利于普及应用，因此增强型（常关型）器件成为重要的研究方向。报道过的首个增强型AlGaN/GaN HEMT是由Ikeda等人制备的[18]。早在2000年就有研究者通过形成栅下pn结的形式获得常关型器件[19]。从原理上来讲，势垒层中的Al组分越少，势垒层厚度就会越薄，就越容易使器件2DEG耗尽。从这个角度来看，将器件设计成凹陷栅结构（即将栅极下的势垒层用刻蚀方法减薄）可以实现增强型器件。2006年，Wataru Saito等人用凹陷栅结合场板结构，将阈值电压从常规器件的-4V改变为-0.14V[20]。第一个严格意义上的常关器件是Cai等人制备的，他们是用F等离子体处理之后获得的。在栅电极淀积前先通过F等离子体处理，然后在栅极淀积后，采用400℃ 10 min的快速退火处理，用于修复F等离子体处理损伤，同时还可以形成肖特基接触[21]。之后，Cai等人又在F等离子体处理的基础上，运用Si3N4做为栅介质层和钝化层，又将阈值电压提高到2V。另一个获得常关型器件的思路是提高费米能级的水平来提高器件的阈值电压。费米能级的提高是通过极化工程或能带结构来实现的。有文献报道，将器件设计成InGaN/AlGaN/GaN的结构，通过异质结构自身的极化电场来使沟道2DEG耗尽也可以实现增强型器件[22]。相较于工艺复杂的凹陷栅结构和不稳定的F等离子体处理工艺，这种方法很值得去研究。2006年，IEDM也报道了一种类似的GIT （gate-injection-transistor，栅注入晶体管）结构的器件[23]也实现了增强型。
1.2研究目的
1.2.1电流崩塌效应概念
迄今为止，AlGaN/GaN HEMT推广到实际应用中还面临着许多问题。电流崩塌问题就是影响其可靠性的主要问题之一。电流崩塌现象虽然已经得到较好的消除或抑制，但是对于其机理仍然没有完全令人信服的解释。
电流崩塌有两种情况：1)直流应力电流崩塌：当器件受到大的直流应力后，I-V测试曲线突然崩塌的现象，如图1所示；2）高频频散电流崩塌：当栅上加交流信号时，测试的I-V曲线比栅上加直流时出现了滞后，致使输出功率减小。对于电流崩塌现象机制的解释，研究者们主要支持4种模型，它们分别为应力模型、陷阱模型、高场模型和虚栅模型。A）应力模型：有些研究者发现当栅下加射频电压时，栅下沟道的电阻不变，但是栅源和栅漏沟道电阻变大，这种由应力不均匀而造成的电阻变化引起了电流崩塌现象[25];B)陷阱模型：另有研究者认为电流崩塌现象和buffer层中的陷阱态有关，在大的电压下这些陷阱态会俘获沟道内的电子，致使漏电流下降。C)高场模型：该模型的支持者认为存在于高场区的陷阱效应引起电流崩塌效应 [26]。D)虚栅模型：该模型也是最被广泛认可的模型，它与表面态效应相关，由于AlGaN/GaN异质结具有非常强的自发极化能力，可以形成大量的2DEG，但是会在半导体栅漏电极之间感生出正电荷，这些正电荷又会俘获电子，相当于加了负压，对沟道内的二文电子气进行额外的调制，使二文电子气的浓度下降，因而称为虚栅
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