AlGaN/GaN HEMT 中缓冲区相关电流崩溃的缓冲区电位模拟表征

标题:Characterization of Buffer-Related Current Collapse by Buffer Potential Simulation in AlGaN/GaN HEMTs

来源:IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES (18年)

摘要 - 在本文中,通过使用脉冲 I-V 测量和二维漂移扩散模拟研究了 AlGaN/GaN HEMT 中的缓冲区相关电流崩溃 (CC)。模拟结果表明,在栅极下 Fe 掺杂缓冲区中出现的负电势 (NP) 是导致 CC 的原因。NP 将引起阈值电压偏移,其中发现了一个阈值电压的拐点 (IP)。它可以在脉冲 I-V 特性中显露出来,这对于描绘构建紧凑的大信号模型时的陷阱效应非常重要。详细阐述了IP的形成机制。最后,提出了一种简单的阈值电压模型进行验证。
关键词- AlGaN/GaN HEMT、缓冲区相关电流崩溃 (CC)、射频器件建模、阈值电压偏移。

直流 (DC) I-V (电流-电压) 曲线和脉冲 I-V 曲线是用于描述材料、元件或电路的电性质的两种不同类型的电流-电压特性曲线。它们之间的主要区别在于激励信号的类型和测量条件:

直流 I-V (DC I-V) 曲线:

  • 直流 I-V 曲线通常是在稳定的直流电流或电压下测量的。这意味着电流和电压是恒定的,不随时间变化。
  • 这种曲线通常用于分析被测元件或电路的静态特性,如电阻、电导、电子器件的开启电压和截止电压等。
  • DC I-V 曲线提供了材料或器件在常规工作条件下的基本电性信息。

脉冲 I-V (Pulsed I-V) 曲线:

  • 脉冲 I-V 曲线是通过在短时间内施加脉冲电压或脉冲电流来测量的。这些脉冲信号可以是周期性的或非周期性的。
  • 脉冲 I-V 曲线通常用于分析材料、元件或电路在瞬态条件下的响应,如开关速度、电容和电感等瞬态特性。
  • 这种曲线可用于研究元件的响应时间、电容、电感等与时间有关的特性。
    在这里插入图片描述

文章研究了什么

该文章研究了AlGaN/GaN HEMTs中与缓冲层相关的电流塌陷(CC)现象。 它调查了位于栅极下方的Fe掺杂缓冲层中的负电位(NP),发现它是CC的原因之一。该研究使用了脉冲I-V测量和二维漂移扩散模拟来分析NP引起的捕获效应和阈值电压的偏移。还详细介绍了阈值电压中的拐点(IP)的形成机制。提出了一个简单的阈值电压模型以进行验证。该研究旨在准确预测测量数据并为准确的大信号建模提供见解。

文章的创新点是什么

  • 该研究使用脉冲I-V测量和二维漂移扩散模拟研究了AlGaN/GaN HEMTs中与缓冲层相关的电流塌陷(CC),并确定了栅极下方Fe掺杂缓冲层中的负电位(NP)是CC的主要原因。

  • 该研究提出了一个简单的阈值电压模型,用以验证NP引起的阈值电压偏移。

  • 详细解释了阈值电压中的拐点(IP)的形成机制,为了解器件中的捕获效应提供了见解。

  • 该研究开发了一个无需拟合参数的模型,能够准确预测测量数据,从而实现了准确的大信号建模。

  • 该研究揭示了电荷捕获效应以及NP与静态漏极偏置之间的关系,有助于更好地理解与缓冲层相关的CC现象。

  • 该研究讨论了由电子去捕获引起的潜在退化过程以及漏极电压对NP和能带弯曲的影响。

文章的研究方法

  • 该文章采用了脉冲I-V测量和二维漂移扩散模拟的组合方法,来研究AlGaN/GaN HEMTs中与缓冲层相关的电流塌陷(CC)现象。
  • 进行脉冲I-V测量,以分析负电位(NP)在栅极下的Fe掺杂缓冲层中引起的捕获效应和阈值电压偏移。
  • 采用二维漂移扩散模拟,来模拟缓冲层中的受体陷阱电离密度和电位退化过程。这些模拟有助于理解阈值电压中拐点(IP)的形成机制,以及漏极电压对NP和能带弯曲的影响。
  • 模拟结果与测得的脉冲I-V特性进行比较,以制定一个简单的阈值电压模型进行验证。

文章的结论

  • 该文章得出的结论是,AlGaN/GaN HEMTs中与缓冲层相关的电流塌陷(CC)是由栅极下的Fe掺杂缓冲层中的负电位(NP)引起的。NP引发了阈值电压的偏移,导致了阈值电压中拐点(IP)的形成。这个IP与静态漏极偏置密切相关。

  • 该研究提出了一个简单的阈值电压模型,能够准确预测测量数据,为准确的大信号建模提供了一种方法。

  • 揭示了缓冲层中NP引起的电荷捕获效应,详细讨论了IP的形成机制。

  • 该研究的结果可用于准确的大信号建模,并有助于更好地理解AlGaN/GaN HEMTs中与缓冲层相关的CC现象。

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