GaN基MIS-HEMTs阈值电压漂移的快速动力学论文免费下载

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  利用一个简单的示波器装置,研究了由正向栅偏压引起的gan基金属绝缘体半导体hemts阈值电压漂移(vth)的快速动力学。我们发现,vth的对数恢复时间依赖性,以前发现的恢复时间从10 ms到1 ms,甚至扩展到μs范围。此外,我们还观察到由于100ns的重复应力脉冲而导致的vth累积。讨论了对设备运行和可靠性的影响。

  索引项-algan/gan,正向栅偏压,高电子迁移率晶体管(hemt),金属绝缘体半导体(mis),mos,可靠性,阈值电压漂移,陷阱。

  在gan基高电子迁移率晶体管(hemts)中,一个薄的势垒层用于在势垒层正下方的gan沟道中诱导二维电子气(2deg)。该阻挡层的绝缘性能不足。特别是在电力应用中,需要使用栅介质来抑制寄生栅漏电流〔1〕。然而,阈值电压不稳定性限制了这些器件的稳定性和可靠性〔2〕–〔5〕。因此,介质和iii-n势垒层之间的界面特性必须被理解。所观察到的vth不稳定性(即i-v和c-v曲线中的漂移和滞后)通常与该特定界面处的缺陷状态有关,其密度主要使用光辅助c-v〔6〕、导纳〔7〕、〔8〕或深能级瞬态光谱等测量方法来研究。测量电荷在固定直流偏压下对小信号交流偏压激励的响应。这些方法不把快速AC响应与明显存在的一个方法框架内的大信号漂移现象联系起来。此外,它们主要基于简化的假设,例如,金属绝缘体半导体(mis-hemts)中的弛豫过程仅由俘获/发射过程控制,其中陷阱能级和特征时间常数(例如,由于载流子发射)直接相连[10]。最近,通过测量门极正偏压脉冲对阈值电压漂移vth的瞬态响应,我们发现gan基mis hemts中的vth是由几十年应力和恢复过程中特征弛豫时间常数的广泛分布引起的〔5〕。与许多其他研究相比,我们不依赖于任何关于弛豫过程的假设,测量数据可以直接评估。阈值电压漂移强烈地依赖于外加的正栅应力偏置和时间,其中vth恢复的时间依赖于一阶对数。这意味着每十年vth的恢复量是恒定的。结果表明,在10毫秒到1 ms的范围内恢复时间是有效的,5倍的时间常数的对数分布表明,即使是较大的VTH也可能存在较短的恢复时间,但它需要实验证明。显然,这些不稳定性是通常关闭设备的一个主要限制。但是,到目前为止,还不清楚它们是否也与正常通电设备的稳定性和可靠性有关,在这种情况下,根据特定应用中的寄生组件(如电阻电感),在将设备切换到通电状态时可能会出现正电压超调尖峰。在这封信中,我们用一个基于示波器的简单测量装置证明了恢复时间常数的广泛分布甚至扩展到μs范围。这使得我们可以用100ns持续时间的应力脉冲测量延迟为1μs的vth恢复。这种快速弛豫过程的表征通常是所提到的基于交流双极性的分析方法的一个主题。我们证明,vth在短时间重复性压力峰值下累积,持续时间为100ns。因此,在这个时间尺度上vth的动力学与所提到的基于交流偏置的分析方法相关,因为周期是相同数量级或更大的。

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