论文研究-基于机械剥离Ga2O3/SiO2/Si结构的场效应晶体管的电学特性研究 .pdf

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基于机械剥离Ga2O3/SiO2/Si结构的场效应晶体管的电学特性研究,王赫,梁红伟,通过机械剥离的方法,从氧化镓单晶衬底上获得氧化镓薄片并转移至二氧化硅/硅衬底上,制成了氧化镓背栅场效应晶体管。在器件的转��
国武蔹论义在线 结果与讨论 转移特性曲线 5.0x10 4.0X10 d3.0×106 源漏电压:10V 320x106 枥电压扫描范围 40-40 ① -30-40 -20-40 1.0X10 10-40 0-40 0.0 10-40 -40 20 40 Gate voltage (V) 图改变栅压扫描范围的转移特性曲线 如图所示为源漏电压条件下氧化镓场效应晶体管转移特性曲线。曲线中表现岀 明显的沟道开关特性。然而,图中不冋曲线是冋一器件在相同漏电压情况下,仅改变栅 电压扫描范围所得的不同转栘特性曲线。可以明显看岀,随着栅电压扫描范围的变化,器件 廾启电压有着明显区别。栅电压扫描起点与器件开启电压同方向移动。 A40×10° 30y~-30V-30V 3010° -30V-30V-30V 10x10 Gate voltage Gate voltage (V 图往复测量转移特性曲线 如图(左〕(右)所示为栅电压往复扌措测量时的器件转移特性曲线,扌描路径分别 为 和 曲线同样也符合沟道场效应管的开关特性。在 国武获记义在线 往复测量所得曲线中,出现了明显的滞回现象。不同方向循坏测试所得的滞回图像也有·定 区别。可以判断,栅电压对沟道有定的持续性作用,会显著影响器件的开启关断电压和 开启关断状态下的沟道电流 殷来讲,转移特性曲线的滞回是由于栅氧化层内存在自由电荷导致的。在本次实验中, 栅氧化层是硅衬底上热氧化生长的氧化硅,质量较高,但是氧化层与沟道的氧化镓薄片之 间是依靠屋里接触进行连接,因此可能存在接触不严密,两层之间的缝隙可能吸收空气 中的水和氧气等分子,形成电荷容纳层,因此影响栅电压对于沟道的控制作用。 电流传输特性 5x10 4x10 -1x10 ① 3x10 -2x10 ④ E 1x10 Source-Drain voltage (v) Source-Drain voltage (v 图源漏间电流电压特性曲线:(左)源漏电压 (右)源漏电压 如图所示为器件在棚极悬空吋测量所得的源漏间电沇电压特性曲线。对同器件在 条件不变的情况下进行多次重复测量后得到多条不重复的曲线。曲线上数字表示测量顺 序。可以观察到曲线普遍分为三个阶段:首先时在小电压情况下,电流随着电压的升高迅速 升高;当电压达到一定值时,电流上升的速度剛烈下降,趋于一个平缓的增长;当电压继续 升髙之后曲线表现出了明显的电流不稳定增长的现象,部分曲线甚至出现了电流的剧烈跳 变 电流二次跳变在一般 器件中广泛存在。在器件中,一定栅电压下,电流 达到饱和区后继续提高漏电压,可能出现电流台阶状上升,这和现象称为“扭结”效应( ),属于的“浮体”效应的一种。木次测试中虽然栅极处于悬空状态,没有固定 的棚电压,但是出现的现象也可以用类似的埋论来解释。在扃电压的情况下,器件漏端电极 附近电了高速沇出,部分电了在半导体内部发生碰撞电离,碰撞电离产生的电子直接在漏电 极导出沟道,产生的正电荷受到漏电场的排斥进入沟道下端在沟道下层形成正电荷层。正电 荷的积累抬髙了氧化傢薄片的体电势促进了源端的电子流入,导致沟道內电流増大。由于碰 撞电离发生具有不确定性,因此不同次测量所得的曲线也不尽相同。 结论 本文通过机械剥离减薄转移的方法制作了背栅氧化镓场效应晶体管,并对其电学特性 进行了硏究。发现了氧化镓场效应晶体管转栘特性的滞回现象并通过对器件结构的分析给岀 图武获记义在线 了滞回现象产生的原因。同吋本文还测量了氧化镓晶体管在棚极悬空吋的电流电压特性, 发现了器件佝饱和电压不稳定的现象,并解释了电流不稳定与次跳变产生的原因。 参考文献 Dopedβ

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