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。
  

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。