窒化物半導体電界効果トランジスタの劣化機構の解明とその制御

氮化物半导体场效应晶体管劣化机理的阐明及其控制

• 批准号: 10J00453
• 负责人: 田島 正文
• 金额: $ 0.45万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J00453/
• 关键词: AlGaN/GaN; HEMT; current collapse; stability; off-state bias stress

デュアルゲート構造を用いてゲートストレス位置がAlGaN/GaN高電子移動度トランジスタ(HEMT)の電流コラプスの振舞いに与える影響を評価した。オフ状態でのゲート電圧ストレスをメインゲートとドレイン電極の間のアディショナルゲートに印加した時、オン抵抗(R_<ON>)の顕著な増大が確認された。一方、メインゲートへのオフ状態ストレスはR_<ON>の増加と同様にドレイン飽和電流の減少を引き起こした。AlGaN表面の電界計算によって、ドレインとソース側のゲート端に電界集中が存在し、それがAlGaN表面の両側のゲート端領域に電子蓄積を引き起こす可能性があることが示された。これらの結果は、オフ状態ゲートストレスがゲート端からドレインとソースの両方向へ"仮想ゲート"を広げていることを指し示している。また、Al_2O_3を絶縁膜に用いたMOS-HEMTを作製し、表面保護前後のショットキーゲートHEMTとの間の電流コラプスの違いを評価した。表面保護によってショットキーゲートHEMTのオン抵抗の増大は、他の報告と同様に、著しく低減した。一方、MOS-HEMTにおいては、更なる低減が認められた。この原因としては、MOS構造の導入によるゲートリーク電流の低減がMOS-HEMTのAl_2O_3/AlGaN界面への電子注入を抑制している可能性が考えられる。この他に、デバイスシミュレータを用いた電界計算によって、ゲート電極とAlGaN表面がAl_2O_3を挟んで離れていることで、AlGaN表面における電界集中が効果的に抑制されていることが推測され、この電界の抑制によってゲート端からの電子注入が少なくなっている可能性が判明した。以上の結果から、電流コラプスの抑制のために、ドレイン側だけでなくソース側のアクセス領域の考慮が必要であることと、MOS構造は有望なデバイス構造であることがわかった。

使用双门结构评估了栅极应力位置对Algan/GAN高电子迁移式晶体管（HEMT）当前塌陷行为的影响。当将OFF状态的栅极电压应力应用于主门和漏极电极之间的附加门时，观察到现场抗性（R_ <ON>）的显着增加。另一方面，正面应力到主门会导致排水饱和电流的减少，类似于r_ <on>的增加。 Algan表面上的现场计算表明，在排水口和源门边缘存在场浓度，这可能导致电子在Algan表面两侧的栅极边缘区域的积累。这些结果表明，阳离门应力在排水和源方向上从栅极端传播了“虚拟门”。此外，使用Al_2O_3作为绝缘膜进行了MOSHEMT，并且评估了表面保护前后的Schottky Gate Hemt之间的电流崩溃的差异。与其他报道一样，由于表面保护引起的肖特基盖特下摆的抗性增加大大降低了。另一方面，在MOSHEMT中观察到进一步的减少。这可能是原因是由于引入MOS结构引起的栅极泄漏电流的减少会抑制电子注入MOS-HEMT的Al_2O_3/Algan界面。此外，据推测，使用设备模拟器的电场计算是栅极电极和Algan表面通过Al_2O_3分离，从而有效抑制了Algan表面上的电场浓度，并且发现该电场的抑制可能会降低电子从栅极边缘减少电子注入。从上面的结果中可以发现，为了抑制当前的崩溃，有必要考虑源侧和排水侧的访问区域，并且MOS结构是一种有希望的设备结构。