工程应用中GaN HEMT的电应力退化机制分析及器件优化开题报告

1. 研究目的与意义

1.1研究背景

半导体技术支撑着现代化社会的信息产业不断发展，随着科学技术的快速发展和接连不断的创新，现代社会对功率半导体器件的需求急剧增加。我们日常生活中的民间通讯应用、国防科技的军工领域的应用以及人类赖以探索外太空的航天领域的应用都对微波电子器件的性能以及对各种极端工作环境的适应能力都提出了越来越高的要求。半导体行业从开始发展至今先后经历过三代材料的更迭，以硅（si）为代表的第一代半导体材料和以砷化镓（gaas）为代表的第二代半导体材料已经广泛应用于现代社会的方方面面。但传统半导体的禁带宽度较窄，如表1所示。第三代半导体材料也被称为宽禁带半导体材料，第三代宽禁带半导体的代表性材料氮化镓（gan）就具有一系列优良的特性，较宽的禁带宽度，在室温下可达3.45ev，并且其击穿场强高达3.3mv/cm。gan材料具有良好的电特性、热特性以及耐辐射性。因此以gan为代表的第三代半导体材料逐渐兴起，期望能依靠第三代半导体材料开发出更适合各种恶劣条件的功率半导体器件。

随着gan基高电子迁移率晶体管（hemt）器件的广泛应用以及性能的不断提升，hemt器件的可靠性问题也越来越引发重视，本文主要研究方向为gan基hemt器件在开态条件下发生的热载流子退化，并且主要从热载流子退化与hemt器件中所存在的陷阱展开研究。由于势垒层和缓冲层中的陷阱捕获电子会造成一些退化，当器件在高场情况下工作时，二维电子气沟道中的电子会获得较高的能量从而溢出到沟道外，其中一部分会被陷阱所捕获，从而造成饱和漏电流下降、阈值电压漂移等现象，影响器件寿命。

2. 研究内容和预期目标

2.1研究内容

（1）了解gan半导体器件

充分了解gan半导体器件的研究背景、发展方向、材料特点和工作原理。从中学习algan/gan异质结的一些优异之处以及异质结界面处二维电子气的形成，从沟道的形成和栅压的调制两方面学习器件的工作机理。研究algan/gan hemt在开态电应力下退化机制，研究应力模型下的退化现象，对其进行退化机制分析。（2）熟练掌握silvacotcad仿真软件的使用

3. 研究的方法与步骤

3.1研究方法

（1）查阅相关资料和文献，了解国内外gan hemt器件的发展现状，从中整理和总结出实现对ganhemt的电应力退化机制研究的方法以及优化措施，为本课题的研究做好准备。

（2）仿真设计，通过学习silvaco tcad仿真软件，熟练掌握仿真软件，在ganhemt器件的不同地方加不同能级的陷阱，进行仿真，得出结论。

4. 参考文献

[1]张璐,宁静,王东,沈雪,董建国,张进成.algan/gan hemt的恒压电应力退化研究[j].微电子学,2020,50(02):276-280.

[2]王士辉.氟注入增强型hemt器件关态电应力可靠性研究[d].西安电子科技大学,2019.

[3]刘昌.algan/gan hemt热存储和电热耦合可靠性研究[d].西安电子科技大学,2018.

5. 计划与进度安排

（1）2022.2.25-2022.3.15 文献调研，图书馆查阅资料，完成开题报告，完成外文资料的翻译；

（2）2022.3.16-2022.4.15完成器件仿真，实验测试器件电学参数验证仿真结果；

（3）2022.4.16-2022.4.30 总结并整理实验数据，进行优化实验，形成科学结论；