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。

我们评估了栅极应力位置对采用双栅极结构的 AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT) 电流崩塌行为的影响。当断态栅极电压应力施加到主栅极和漏电极之间的附加栅极时，确认导通电阻(R_<ON>)显着增加。另一方面，主栅极上的断态应力导致漏极饱和电流减小以及R_<ON>增加。 AlGaN表面电场计算表明，漏极和源极两侧的栅极边缘存在电场集中，这会导致AlGaN表面两侧栅极边缘区域的电子聚集。这些结果表明，断态栅极应力将“虚拟栅极”从栅极边缘向漏极和源极延伸。我们还使用Al_2O_3作为绝缘膜制作了MOS-HEMT，并评估了其与肖特基栅极HEMT在表面保护前后的电流崩塌差异。与其他报告类似，表面保护显着降低了肖特基栅极 HEMT 导通电阻的增加。另一方面，在MOS-HEMT中观察到进一步的减少。其原因可能是由于MOS结构的引入而导致栅极漏电流的减少抑制了电子注入MOS-HEMT的Al_2O_3/AlGaN界面。此外，使用器件模拟器进行的电场计算表明，栅电极和AlGaN表面之间的距离以及其间的Al_2O_3有效地抑制了AlGaN表面上的电场集中。发现抑制可以减少来自栅极边缘的电子注入。从以上结果我们发现，为了抑制电流崩塌，不仅需要考虑漏极侧的存取区，还需要考虑源极侧的存取区，并且MOS结构是一种有前途的器件结构。