第頁GaN器件的研究國內(nèi)外文獻(xiàn)綜述A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)器件在二十世紀(jì)九十年代就有出現(xiàn)。第一個A1GaN/GaN異質(zhì)結(jié)是以藍(lán)寶石為襯底，之后器件也隨之出現(xiàn)。該器件的優(yōu)點(diǎn)就是能夠在異質(zhì)結(jié)界面出現(xiàn)高濃度的二維電子氣，使器件的性能得到很好的提升，盡管優(yōu)點(diǎn)很多，但任然有一些存在的問題，如有柵漏、電流崩塌、器件可靠性差等。因此，GaN器件的研究仍面臨著很多的挑戰(zhàn)，研究重點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面:改善擊穿電壓、改善漏電現(xiàn)象、提高器件穩(wěn)定性、提高器件功率。

（1）改善擊穿電壓。擊穿電壓是限制器件輸出功率的一個關(guān)鍵因素。擊穿電壓是由于溝道區(qū)內(nèi)的電場分布不均勻，從而導(dǎo)致部分電場出現(xiàn)峰值突高的情況，所以更容易被擊穿。一些研究人員認(rèn)為，材料中的深層雜質(zhì)或缺陷將熱載流子俘獲于溝道中，由此才導(dǎo)致了電流崩塌現(xiàn)象。GoutamKoleyl[1]用添加Sinx鈍化層的方法大大提高了器件的輸出功率，因此認(rèn)為當(dāng)前的電流崩塌主要是由不同的界面態(tài)引起的。而目前對電流崩塌的解釋主要實(shí)在應(yīng)力[2]和虛柵[3]這兩種模型的基礎(chǔ)之上。大部分人采用場板結(jié)構(gòu)或者生長p-GAN帽層等方法去解決電流崩塌以及擊穿電壓的問題。卜建輝等人[4]提出了一種新型隧穿場效應(yīng)晶體管（TFET）結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)是在常規(guī)TFET基礎(chǔ)上引入一層薄層二氧化硅，從而使器件泄漏電流大幅度降低。周郁明等[5]對比了SiCJFET與SiCMOSFET的失效模型以及短路情況，研究出了溫度與電場強(qiáng)度以及溫度與失效之間的關(guān)系，驗(yàn)證了其模型的準(zhǔn)確性。盡管有很大部分人在進(jìn)行擊穿電壓以及電流崩塌效應(yīng)的改進(jìn)，但是人們?nèi)匀粚τ谄洚a(chǎn)生的機(jī)理有著不成熟的認(rèn)知，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，外延生長的GAN質(zhì)量仍然沒有很好，而且缺陷密度是比較大的，特別是當(dāng)器件在高壓條件下工作時，電流崩塌效應(yīng)依然十分嚴(yán)重。（2）改善漏電現(xiàn)象。對于上述提到的擊穿問題，一部分的原因是因?yàn)橛捎诼╇姮F(xiàn)象導(dǎo)致的。目前常常通過對于增強(qiáng)型器件的研究去減少改善漏電現(xiàn)象。異質(zhì)結(jié)存在的壓電極化和自發(fā)極化現(xiàn)象使得二維電子氣在GAN材料一邊較高，所以傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的GAN基器件大部分是耗盡型的。而從功率與電路的簡化程度的角度考慮，我們希望器件是增強(qiáng)型的。增強(qiáng)型器件目前常采用幾種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，分別是凹槽柵結(jié)構(gòu)MOSFET(MISFET)[6-8]、AlGAN背勢壘結(jié)構(gòu)[9]、p型柵結(jié)構(gòu)、Cascode互連結(jié)構(gòu)、F離子注入[10]這五種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。圖1.1五種增強(qiáng)型HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖Kambayashil[8]等人在2010年研究的增強(qiáng)型MISFET器件實(shí)現(xiàn)了最大輸出電流100A，閾值電壓2.7V的結(jié)果。2016年，M.A.NeGara[11]等人用氮氧金屬化物作為柵介質(zhì)層，隨后其通過增加其介質(zhì)層的厚度，用退火工藝激活氮原子使得VFB向正向產(chǎn)生偏移，制備出了增強(qiáng)型的MOSFET器件。由此可以看出，對于改善漏電現(xiàn)象這一點(diǎn)來說，最重要?dú)w結(jié)于增強(qiáng)型器件的研究，且本文所使用的凹槽柵結(jié)構(gòu)也是經(jīng)過很多研究進(jìn)行驗(yàn)證之后的結(jié)果，被證明是可以有效提高擊穿電壓以及改善漏電特性的。且凹槽柵結(jié)構(gòu)的研究也相對來說比較成熟，可以借鑒學(xué)習(xí)的地方有很多，盡管還是有很多不同的地方，這也表明對于凹槽柵器件研究的必要性。（3）提高器件穩(wěn)定性。器件的穩(wěn)定性可以決定器件的使用壽命、使用工作效率以及使用體驗(yàn)，是器件非常重要的影響因素。而對于穩(wěn)定性上的改動可以通過對工藝步驟的優(yōu)化進(jìn)行。例如，在預(yù)退火工藝上，HongZhou等人[12]用A1203作為柵介質(zhì)，對A1203在完全含氮?dú)獾沫h(huán)境下直接進(jìn)行預(yù)退火的條件下就可以完成相應(yīng)元器件的設(shè)計(jì)和制備。從中我們可以發(fā)現(xiàn),在進(jìn)行退火工藝處理之后,深能級接觸界面態(tài)密度得到明顯降低,進(jìn)而對于提高元件的打孔和擊穿電壓具有很好的效果。Yu-Shyan[13]等人研究發(fā)現(xiàn)，退火工藝可以使晶體的生長更加平滑，并且對于器件絕緣性的提高也有很大的作用。李青[14]等人設(shè)計(jì)了兩側(cè)絕緣支柱柵帶有雙柵結(jié)構(gòu)的垂直金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，利用優(yōu)化摻雜效應(yīng)可使源漏極之間的電荷共享現(xiàn)象減少，抑制了短溝道效應(yīng)。此外，對于電參數(shù)的測量方法，隨著采樣延遲時間的增加，測量值有減小的趨勢。針對此種情況，范春帥等人[15]提出了一套合理的采樣測量延遲，以確保完成柵寄生電容的充電，提高其測試精度。趙陽等人[16]通過有限元軟件對回路中的印刷電路板布線重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)安排，提出了SiCMOSFET的驅(qū)動電路設(shè)計(jì)概要，并制作出一種SiC-MISFET驅(qū)動電路，隨后進(jìn)行了理論分析。M.Gurfifinkel等人用一個基于襯底電流的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠砻枋鲮o態(tài)發(fā)射強(qiáng)度對晶體管偏置的依賴性[17]。（4）改善器件功率。關(guān)于改善功率器件方面，陸建恩，劉錫鋒[18]等人通過特定設(shè)計(jì)，使亞閾電流對電源和工藝變化變得不是很靈敏，在各個工藝或者角度條件下均能產(chǎn)生亞閾電流，從而獲得零溫度系數(shù)電壓。徐振洋等人[19]通過測量從不同反應(yīng)區(qū)（從強(qiáng)到弱）的MISFET的漏極產(chǎn)生的高頻噪聲，得到該噪聲的偏置具有不守恒的特點(diǎn)，對于其高頻應(yīng)用具有在指導(dǎo)意義。張海峰等人[20]提出的淺溝槽隔離技術(shù)，該技術(shù)通過改進(jìn)BSIMM模型，為低功耗設(shè)計(jì)提供了新的襯底電流模型。射頻CMOS器件的發(fā)展加強(qiáng)了現(xiàn)代技術(shù)中高性能毫米波應(yīng)用。T.Chohan等人[21]為了深入了解FD-SOI射頻器件的可靠性，引入了最壞情況下的熱載流子應(yīng)力，并利用S參數(shù)和直流測量分析了對小信號參數(shù)的相應(yīng)影響。研究了這種變化的物理根源和與直流參數(shù)退化的聯(lián)系。HelmutBrech,等人[22]也證明了摩托羅拉下一代HV6高功率射頻-LDMOS晶體管的改進(jìn)射頻性能提高。垂直DMOS具有優(yōu)越的熱載體和電氣安全操作區(qū)，主要是由于器件漂移區(qū)沒有場氧化點(diǎn)，且LDMOS和VDMOS的熱安全操作區(qū)域相同[23]。中芯國際的王鹢奇[24]對于0.13μm工藝中常規(guī)MOSFET器件如何制作展開了詳細(xì)敘述，通過各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果的提取，對低功耗工藝進(jìn)行了進(jìn)一步優(yōu)化。參考文獻(xiàn)P.B.Klein,S.C.Binari,K.Ikossi-Anastasiou,etal.InvestigationoftrapsproducingcurrentcollapseinalGAN/GANhighelectronmobilitytransistors[J].ElectronicsLetters,2001,37(10):661-662.G.Simin,A.Koudymov,A.Tarakji,etal.InducedstrainmechanismofcurrentcollapseinalGAN/GANheterostructurefield-effecttransistors[J].AppliedPhysicsLetters,2001,79(16):2651-2653.G.Simin,A.Koudymov,A.Tarakji,etal.InducedstrainmechanismofcurrentcollapseinalGAN/GANheterostructurefield-effecttransistors[J].AppliedPhysicsLetters,2001,79(16):2651-2653.卜建輝,許高博,李多力,蔡小五,王林飛,韓鄭生,羅家俊.一種新型隧穿場效應(yīng)晶體管[J].半導(dǎo)體技術(shù),2019,44(03):185-188.周郁明,劉航志,楊婷婷,陳兆權(quán).SiCJFET與SiCMOSFET失效模型及其短路特性對比[J].電子學(xué)報(bào),2019,47(03):726-733.H.Kambayashi,Y.Satoh,T.Kokawa,etal.Highfield-effectmobilitynormally-offalGAN/GANhybridmos-hfetonsisubstratebyselectiveareagrowthtechnique[J].Solid-StateElectronics,2011,56(1):163-167.G.Greco,F.lucolano,F.Roccaforte.Reviewoftechnologyfornormally-offhemtswithp-GANgate[J].MaterialsScienceinSemiconductorProcessing,2018,78:96-106.N.Ikeda,R.Tamura,T.Kokawa,etal.Over1.7kvnormally-offGANhybridmos-hfetswithaloweron-resistanceonasisubstrate.2011ieee23rdinternationalsymposiumonpowersemiconductordevicesandics,2011:284-287.E.Cho,F.Brunner,R.Zhytnytska,etal.EnhancementofchannelconductivityinalGAN/GANheterostructurefieldeffecttransistorsbyalGAN:Sibackbarrier[J].AppliedPhysicsLetters,2011,99(10).Y.Cai,Z.Cheng,W.C.W.Tang,etal.Monolithicallyintegratedenhancementdepletion-modealGAN/GANhemtinvertersandringoscillatorsusingcf4plasmatreatment[J].leeeTransactionsonElectronDevices,2006,53(9):2223-2230.M.A.Negara，M.Kitano,R.D.Long,etal.Oxidechargeengineeringofatomiclayerdepositedaloxny/al2o3gatedielectrics:ApathtoenhancementmodeGANdevices[J].AcsAppliedMaterials&Interfaces,20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