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正向栅极应力下p-GaN栅HEMTs双向VTH漂移的载流子输运机制

DOI：10.1109/TED.2018.2883573 期刊：IEEE Transactions on Electron Devices 出版年份：2018 更新时间：2025-09-23 15:22:29
摘要： 研究了p-GaN/AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在正向栅极应力下的阈值电压(VTH)不稳定性。观测到具有6V临界栅压(VG)的独特双向VTH漂移(ΔVTH)。通过电压依赖性、时间分辨和温度依赖性的栅极电流，深入探究了ΔVTH背后的载流子输运机制。根据VG值将栅极电流分解为三个区域的电子与空穴电流：关态(VG<1.2V，即VTH以下)、开态(1.2V<VG<5V)和"栅极注入"区(VG>5V)。关态时电子受热激发向栅极输运；开态和"栅极注入"区则观察到AlGaN势垒中空间电荷限制导电(SCLC)主导的电子俘获现象，该效应导致VG<6V时出现正VTH漂移。同时栅极电流也捕捉到热激发引起的微弱栅极空穴输运，但其对VTH影响可忽略。当VG>6V时，高栅压触发的剧烈空穴注入引发后续AlGaN势垒中的空穴俘获及GaN缓冲层空穴注入。注入空穴增强了栅极区正电荷，使原本正偏移的VTH转为负向漂移。
作者： Yuanyuan Shi，Qi Zhou，Qian Cheng，Pengcheng Wei，Liyang Zhu，Dong Wei，Anbang Zhang，Wanjun Chen，Bo Zhang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究p-GaN/AlGaN/GaN HEMT器件在正向栅压应力下的阈值电压(VTH)不稳定性，并探究双向阈值电压漂移背后的载流子输运机制。

研究成果

p-GaN HEMT器件的双向阈值电压漂移现象可归因于：低栅压（<6V）时AlGaN势垒层中的电子俘获导致正偏移，高栅压（>6V）时的空穴注入与俘获引发负偏移。通过全面的栅极电流分析阐明了载流子输运机制，为理解阈值电压不稳定性及其对器件可靠性和功率效率的潜在影响提供了依据。

研究不足

该研究仅限于特定应力条件下的商用p-GaN HEMT器件；脉冲宽度和周期可能无法代表高频工作状态，且研究结果可能具有器件特异性。虽然研究了温度效应，但未在所有条件下进行全面探究。

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