氮化镓器件的变温转移特性

  除了输出特性,转移曲线也是氮化镓器件一个重要的直流特性,通过对转移曲线求导,可以得到器件跨导,而跨导的大小则可以直接反映一个器件栅控能力的强弱。此外,通过对转移曲线进行处理,可以提取得到器件的阈值电压。
 
  我们对常规AlGaN/GaN HEMT器件进行相关测试,其中AlGaN势垒层材料的Al组分为0.3,衬底选用的是两英寸的蓝宝石(Al3O2)基片,采用MOCVD方法在衬底材料的(0001)面上进行异质外延生长。具体生长过程依次为:首先在蓝宝石衬底上生长40nm厚的AlN作为成核层,然后生长厚度为1.3µm的本征GaN缓冲层,接着再生长1nm的AlN插入层,最后生长厚度为25nm的Al0.3Ga0.7N势垒层和1.5nm的GaN帽层。生长得到的GaN HEMT其结构参数依次为:栅长Lg=0.5µm,栅宽W=50µm,源、漏间距Lsd=4µm,栅、源距离Lgs=0.9µm。
 
  我们对器件的转移曲线和跨导曲线进行了测试:温度从77K逐渐增大到300K,漏极电压取值范围为0V~10V,栅压从-6V~2V,步阶Vstep=1V。结果分别如图1(a)和(b)所示。同样地,器件的转移和跨导曲线随温度的变化表现出和输出曲线相同的规律。另外,图2给出了最大跨导随温度的变化曲线,从图中可以看到,在100K~300K范围内,最大跨导随温度的降低近似呈线性增大,但是当温度进一步降低时,最大跨导却有所减小,即在T=100K时取得最大值,与它的输出电流表现出相同的变化规律。
(a)不同温度下的转移特性曲线(b)不同温度下跨导曲线 
图1(a)不同温度下的转移特性曲线(b)不同温度下跨导曲线
 
最大跨导随温度变化曲线 
图2 最大跨导随温度变化曲线
 
  此外,由图1(b)可以求得最大跨导所对应的栅极偏压,通过在1(a)转移曲线上求该偏压点的切线,所得切线与电压轴的交点即为器件的阈值电压,所得不同温度下器件阈值电压在图3给出。从图中可以看出,除77K外,随着温度得升高,阈值电压表现出一定程度的正漂,这主要与温度变化引起肖特基势垒高度发生变化有关。
阈值电压随温度变化曲线 
图3 阈值电压随温度变化曲线

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