1. 引言
功率半导体器件是半导体领域的重要研究方向.然而,传统的硅基 MOSFET 发展至
今,其性能已经逼近材料的理论极限,已经没有太多的上升空间.近年来,GaN 作为第三代
化合物半导体材料逐渐兴起.因其具有宽的禁带宽度和高的临界击穿场强,所以 GaN HEMT
器件相比于硅基器件具有更高的击穿电压,同时,得益于 AlGaN/GaN 异质结界面处高浓
度的二维电子气(2DEG),GaN HEMT 在导通状态下具有高的饱和电流密度和低的导通电
阻.因此,GaN HEMT 在许多高压高功率的应用场景下表现优异.
然而,在高压条件下,GaN HEMT 的栅极和漏级之间的电场分布不均匀,栅极右侧出
现电力线集中的现象,导致器件在栅极漏测提前击穿,无法达到 GaN 材料耐压的理论极限
值.针对此现象,目前常用的解决方法有 RESURF 技术
[1]
、High K 介质技术
[2]
、场板调制技
术等.在三种技术中,场板调制技术因在工艺上容易实现而被广泛采用.场板的引入方式有多
种,如源场板
[3]
、栅场板
[4]
、漏场板
[5]
、浮空场板
[6]
等.场板的形状也有多种,如斜场板
[7]
,
心形场板
[8]
等.虽然场板的类型有多种,其工作原理大都类似,都是通过场板的引入调制电
场使电场分布更加均匀,从而提升器件耐压.虽然场板结构缓解了栅极电力线集中的现象,
提升了器件耐压,但是经过场板调制的沟道电场分布依然没有达到理想情况,因此器件耐
压还能进一步提升.
本文首先以单层栅场板切入,研究分析了场板长度和场氧厚度对器件击穿电压的影响.
得出使耐压提升的最佳场板长度和场氧厚度的组合.进而分析具有间断栅场板的器件结构,
优化了间断距离和间断场板的长度.进一步地在间断场板的基础上加入了栅下极化层,最终
实现器件耐压较大的提升.
2. HEMT 器件结构和仿真模型
本文采用 Sentaurus TCAD 软件对常开型 AlGaN/GaN HEMT 进行仿真.器件的基本结
构如图 1 所示.
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