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p栅极AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极导通机制与寿命建模

DOI：10.1109/TED.2018.2877262 期刊：IEEE Transactions on Electron Devices 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:21:21
摘要： 通过温度相关的直流栅极电流测量，研究了p型氮化镓(GaN)/AlGaN/GaN增强型晶体管中的栅极导通机制。针对不同栅压区域分别建立物理模型并与实验对比：负栅偏压时，钝化介质内发生栅极到源极的泊松-弗伦克尔发射(PFE)；正栅偏压时，p-GaN/AlGaN/GaN"p-i-n"二极管处于正向工作模式，栅极电流受肖特基接触处空穴供给限制；低栅压下电流由位错线中肖特基势垒降低导致的热电子发射主导；提高栅压和温度会引发相同势垒的热辅助隧穿(TAT)。改进的栅极工艺降低了正栅压区栅极电流并消除了TAT起始现象，但在高正栅压下观察到源自金属/p-GaN界面PFE的电流急剧上升。基于提取的导通机制构建了精确的寿命模型，采用新型栅极工艺制备的器件在t1%=10年条件下最大栅压达7.2V。
作者： Arno Stockman，Fabrizio Masin，Matteo Meneghini，Enrico Zanoni，Gaudenzio Meneghesso，Benoit Bakeroot，Peter Moens
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研究概述 实验方案

研究目的

研究p型氮化镓(GaN)/AlGaN/GaN增强型晶体管中的栅极导通机制，并为这些器件构建精确的寿命模型。

研究成果

该研究成功识别了p-GaN栅极AlGaN/GaN HEMT器件在正偏和反偏条件下的栅极电流导通机制。通过改进栅极工艺提升了金属/p-GaN界面的肖特基势垒，使热电子发射模型适用范围扩展至更高正栅压区域。首次报道了基于物理栅极漏电机制的寿命外推模型，显示采用改进栅极工艺的器件具有更优的可靠性表现。

研究不足

本研究仅限于p-GaN/AlGaN/GaN HEMT的栅极导通机制和寿命建模。研究结果可能不直接适用于其他类型的氮化镓基器件或不同的栅极工艺。

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