栅极几何结构对MIS栅结构常关p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs性能的影响

摘要

高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors, HEMTs)具有高速开关和极高击穿电场等特性，在功率器件领域应用广泛。为提高HEMT器件性能，通过实验研究了栅极几何结构对具有金属/绝缘体/半导体(MIS)栅极结构的常关型p-GaN/AlGaN/GaN HEMTs性能的影响。栅极介质层采用5 nm厚的原位生长AlN,AlN/p-GaN界面呈现出更明显的能带弯曲和更宽的耗尽区，有利于阈值电压向正向偏移，且其相对较宽的能带错位有助于抑制栅极电流。实验结果表明：与栅极非覆盖区长度为0μm和6μm的MIS栅极相比，非覆盖区长度为3μm的MIS栅极可提高器件综合性能，有效抑制正向栅极电流，将阈值电压提高至3 V,并较好地保持电流密度为46 mA/mm;栅极结构中两侧没有栅极覆盖的区域在导通过程和导通状态下均可引起较大的沟道电阻，且沟道电阻随着非覆盖区长度增加而上升。

关键词

p-GaN/AlGaN/GaN异质结 / AlN介质层 / 常关型器件 / 金属/绝缘体/半导体 / 栅极非覆盖区

基金资助

辽宁省教育厅高等学校基本科研项目(JYTQN2023044); 辽宁省属本科高校基本科研业务费专项资金资助项目