基于峰值谱技术的GaN基HEMT器件陷阱演化特征及物理机制研究

基本信息
批准号:61804006
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:25.00
负责人:张亚民
学科分类:
依托单位:北京工业大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:冯士维,何鑫,石帮兵,李轩,于文娟,肖宇轩
关键词:
陷阱演化退化机制可靠性陷阱表征
结项摘要

GaN-based high electron mobility transistors (HEMTs) show outstanding performance in communications, power electronics, and other fields. However, the evolution of traps caused by high temperature thermal stress and dynamic strong field during operation is the main reason for degradation of electrical characteristics parameters in GaN-based HEMTs, and it has become a key factor affecting its reliability and stability. This project aims to improve the reliability of GaN-based HEMT devices. It is proposed to improve the trap characteristics characterization method base on the transient drain current. It transforms the invisible trap evolution into a visual spectral line shift to achieve the spectral characterization of trap evolution. Using the "first separation after coupling" approach, the evolution of device traps under stress (multiphysics) coupling will be studied by spectral characterization technology. We focus on the analysis of the synergistic effects of high-temperature thermal stress and dynamic strong fields on trap evolution under high-frequency high-power applications. The relationship between device electrical parameter degradation and trap evolution will be quantified. The physical mechanism of the device's electrical parameters degradation caused by the evolution of traps will be clarified. The evolution of the electrical parameters related to the evolution of trap-related GaN-based HEMT devices will be established. Through in-depth study of basic scientific issues, this project strives to provide theoretical and data support for improving the performance and reliability of GaN-based HEMT devices.

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在通讯、电力电子等领域表现出了卓越的性能。然而,高频大功率应用下,高温热应力和动态强场引起的陷阱演化问题,是导致GaN基HEMT器件电学特性参数退化的主因,成为影响其可靠性和稳定性的关键因素。本项目以提高GaN基HEMT器件可靠性为导向,拟通过完善基于漏极电流瞬态变化的陷阱特性表征方法,将不可见的陷阱演化转化为可视化的谱线移动,实现陷阱演化的谱值化表征。以此为技术手段,采用“先分离后耦合”的方式,研究应力(多物理场)耦合下器件陷阱演化特征;重点分析高频大功率应用下,高温热应力和动态强场对陷阱演化的协同作用机制;定量分析器件电学参数退化与陷阱演化之间的关系;阐明陷阱演化引起器件电学参数退化的物理内涵;并建立陷阱演化相关的GaN基HEMT器件电学参数退化模型。通过深入研究基础科学问题,力争为GaN基HEMT器件性能和可靠性的提高提供理论和数据支持。

项目摘要

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在通讯、电力电子等领域表现出了卓越的性能。然而,其工作时产生的高温热应力、动态强场、辐照等导致的微区结构损伤和陷阱演化问题,是GaN基HEMT器件电学特性参数退化的主因,成为影响其可靠性和稳定性的关键因素。本项目以提高GaN基HEMT器件可靠性为导向,通过完善基于漏极电流瞬态变化的陷阱特性表征方法,定量确定不同应力作用下的损伤(陷阱)对漏极电流变化的贡献,将不可见的器件微区结构损伤和陷阱演化转化为可视化的谱线移动,实现了器件微区结构损伤位置和损伤程度的无损、快速、准确表征。以此为技术手段,采用“先分离后耦合”的方式,研究应力(多物理场)耦合下器件陷阱演化特征;重点分析机械应力、高温热应力、动态强场和辐照等对器件微区结构损伤和陷阱演化的协同作用机制;定量分析器件电学参数退化与损伤/陷阱演化之间的关系;阐明损伤/陷阱演化引起器件电学参数退化的物理内涵;并建立陷阱演化相关的GaN基HEMT器件电学参数退化模型。通过深入研究基础科学问题,为GaN基HEMT器件性能和可靠性的提高提供理论和数据支持。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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