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硅基AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的垂直电流传输：实验研究与解析模型

DOI：10.1109/TED.2018.2882533 期刊：IEEE Transactions on Electron Devices 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 我们研究了在6英寸硅片上金属有机化学气相沉积生长的碳（C）掺杂AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）中的垂直漏电机制。通过衬底偏压极性相关的I-V特性、温度依赖性拟合以及能带图分析，发现这些器件在4微米缓冲层下击穿电压高达580V时，其垂直传输遵循泊松-弗伦克尔（P-F）型导电机制。根据P-F拟合估算出0.61eV的陷阱激活能，该数值与文献报道值高度吻合。我们提出更高位错密度会导致缓冲层中形成更浅的陷阱，并据此建立了位错介导垂直漏电的解析模型。预测了给定电场下漏电流随位错密度的变化规律，发现在约10^7至10^9 cm^-2的位错密度范围内变化最为剧烈。这可能源于该位错密度区间内陷阱激活能的急剧下降，推测是点缺陷与位错形成复合物所致。
作者： Nayana Remesh，Nagaboopathy Mohan，Sandeep Kumar，Shreesha Prabhu，Ivor Guiney，Colin J. Humphreys，Srinivasan Raghavan，Rangarajan Muralidharan，Digbijoy N. Nath
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究硅衬底上碳（C）掺杂AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）中的垂直漏电机制，并建立位错介导垂直漏电的解析模型。

研究成果

研究表明，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的垂直漏电流遵循泊松-弗伦克尔传导机制，其陷阱激活能为0.61电子伏特。研究提出了陷阱激活能与位错密度之间的经验关系式，可预测位错介导的垂直漏电流密度。该发现有望助力开发适用于功率电子器件的高击穿硅基氮化镓外延层。

研究不足

该研究聚焦于硅衬底上的碳掺杂AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其结论可能不直接适用于其他掺杂类型或衬底。分析模型简化了对螺位错、刃位错及混合位错组分的区分。

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