具有AlN钝化层的AlGaN/GaN HEMT热性能

摘要

在现代电力电子和射频应用领域，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）因其卓越的电性能和高功率密度而备受关注。然而，随着这些应用对功率密度的要求日益增长，AlGaN/GaN HEMT器件的热管理问题逐渐凸显，成为限制器件性能进一步提升的关键因素，尤其是在高功率条件下，自热效应会导致器件结温升高，从而影响器件的可靠性和寿命。因此，开发新的结构以优化AlGaN/GaN HEMT的热性能，对于推动这一技术的商业化应用具有重要意义。为提高AlGaN/GaN HEMT的热性能，描述了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应，使用半导体器件模拟工具TCAD进行模拟。由于在器件顶部引入了额外的AlN钝化层，因此比传统的只有SiN钝化的器件表现出更优异的热性能。讨论了不同的AlN厚度（0～10μm）对GaN HEMT性能的影响，结果表明，AlN厚度为5μm的器件表现出较好的性能。提出的AlN/SiN堆叠钝化HEMT晶格温度为477 K，而传统的SiN钝化HEMT晶格温度为578 K。并且分别对比了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件与传统AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性曲线、转移特性曲线、瞬态漏电流响应曲线以及增益-频率特性曲线。

关键词

GaN HEMT / 热特性 / 自热效应 / TCAD / 晶格温度

基金资助

国家自然科学基金（62064003）