增強(qiáng)型AlGaN/GaN MIS-HEMTs器件的質(zhì)子輻照效應(yīng)

呂 玲，林正兆，郭紅霞，潘霄宇，嚴(yán)肖瑤

(1.強(qiáng)脈沖輻射環(huán)境模擬與效應(yīng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710024；2.西安電子科技大學(xué)微電子學(xué)院，西安710071)

作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，氮化鎵(GaN)具有直接帶隙，且具有禁帶寬度大(3.42 eV)、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度高(3.3 MV·cm-1)、熱導(dǎo)率大(2.1 W·cm-1·K-1)、電子飽和漂移速度高(2.5×107cm·s-1)、抗輻照能力強(qiáng)和化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)異性能。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料在極化效應(yīng)的作用下可以形成高密度(>1×1013cm-2)、高室溫電子遷移率(>1 500 cm2·V-1·s-1)的2維電子氣(2DEG)，特別適合用于制備新一代高頻的大功率器件和電路，在衛(wèi)星通信、雷達(dá)、航母、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、航空航天及核反應(yīng)堆等關(guān)鍵領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景[1-2]。

空間衛(wèi)星及深空探測(cè)對(duì)電源系統(tǒng)的高效率、小型化和抗輻照性能等有較高的要求。GaN基電力電子器件是應(yīng)對(duì)這一要求的理想方案。基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的高電子遷移率晶體管(HEMT)在常規(guī)應(yīng)用情況下是耗盡型，而在電源應(yīng)用中必須是增強(qiáng)型。金屬絕緣層半導(dǎo)體(MIS)的HEMT結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)GaN基增強(qiáng)型電力電子器件的主要結(jié)構(gòu)。2000年，Khan等報(bào)道了采用SiO2作為柵絕緣層的AlGaN/GaN MIS-HEMT器件[3]。該新型MIS-HEMT器件結(jié)構(gòu)結(jié)合了傳統(tǒng)HEMT器件和MISFET器件的性能優(yōu)勢(shì)，器件的柵絕緣層大大提高了柵下區(qū)域電子勢(shì)壘的高度，從而降低了電子穿越勢(shì)壘的概率和柵極泄漏電流。GaN基MIS-HEMT具有關(guān)態(tài)漏電低、亞閾特性好、擊穿電壓高及柵壓正向偏置范圍大等優(yōu)勢(shì)，將替代傳統(tǒng)的肖特基柵HEMT，成為研制高效GaN基微波功率器件和高壓開(kāi)關(guān)器件的理想選擇[4-5]。

工作于極端輻射環(huán)境中的半導(dǎo)體器件和電子系統(tǒng)，其工作狀態(tài)、可靠性和壽命將受到射線和粒子輻照的影響，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致系統(tǒng)失效。對(duì)于……