AlGaN/GaN高速電子遷移率晶體管器件電流坍塌效應(yīng)與界面熱阻和溫度的研究

顧江王強(qiáng)魯宏

AlGaN/GaN高速電子遷移率晶體管器件電流坍塌效應(yīng)與界面熱阻和溫度的研究

顧江1)王強(qiáng)2)魯宏1)

1)(常熟理工學(xué)院物理電子系，常熟215500)
2)(南通大學(xué)電子信息學(xué)院，南通226019)
(2010年10月7日收到;2010年10月22日收到修改稿)

本文系統(tǒng)研究了AlGaN/GaN基高速電子遷移率晶體管器件界面熱阻和工作溫度對(duì)器件在高功率下的電流坍塌效應(yīng)的影響規(guī)律．研究發(fā)現(xiàn)低漏極電壓下熱電子是導(dǎo)致負(fù)微分輸出電導(dǎo)的重要因素，器件工作溫度變高會(huì)使負(fù)微分輸出電導(dǎo)減?。呗O電壓下自加熱效應(yīng)是導(dǎo)致電流坍塌的一個(gè)重要因素．隨著界面熱阻的增加，器件跨導(dǎo)降低，閾值電壓增大．同時(shí)，由于工作環(huán)境溫度的增高，器件隨之溫度增高，載流子遷移率會(huì)顯著降低．最終這兩種因素會(huì)引起AlGaN/GaN基高速電子遷移率晶體管器件顯著的電流坍塌效應(yīng)，從而降低了器件整體性能．

AlGaN/GaN HEMT器件，熱電子效應(yīng)，自加熱效應(yīng)，電流坍塌效應(yīng)

PACS:71．55．Eq，73．40．Lq，73．61．－r

1.引言

近年來(lái)，AlGaN/GaN高速電子遷移率晶體管(HEMT)由于其潛在的優(yōu)越性能，引起了人們的廣泛關(guān)注，它具有較高的頻率特性，可以輸出較高的微波功率，廣泛地應(yīng)用于基站信號(hào)傳輸、遠(yuǎn)距離空間通信等需要較高功率的場(chǎng)合［1—3］．目前，GaN基HEMT器件已經(jīng)走向了實(shí)用化的階段，發(fā)揮著關(guān)鍵性的作用，但是電流坍塌效應(yīng)和自加熱效應(yīng)依然是制約該器件性能提高的兩個(gè)主要因素［4—7］．為了進(jìn)一步提高器件的性能，以降低這兩種效應(yīng)的不利影響，對(duì)器件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常重要的．由于GaN基HEMT器件的制備工藝復(fù)雜，周期長(zhǎng)且價(jià)格昂貴，為降低開(kāi)發(fā)費(fèi)用，提高產(chǎn)品性能，器件模擬成為實(shí)驗(yàn)之外一種非常重要的工具［8，9］．通過(guò)器件模擬技術(shù)，可以深入了解制約器件性能的物理機(jī)理，為器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)［8，10］．到目前為止，人們做了大量的數(shù)值模擬工作，分析制約器件在實(shí)際應(yīng)用條件下性能提高的主要原因并提出了一些理論解析模型［11—14］，其中較為典型的有柵延遲電流坍塌效應(yīng)模擬［15］，漏延遲電流坍塌效應(yīng)模擬［14］，自加熱效應(yīng)和量子、熱電子效應(yīng)模擬［4，5，16］，虛柵模型［15，17］等等．盡管如此，關(guān)于器件界面熱阻、工作溫度對(duì)電流坍塌效應(yīng)的影響并沒(méi)有進(jìn)行詳細(xì)的研究和討論．

因此本文的主要目的就是通過(guò)二維數(shù)值模擬來(lái)分析影響AlGaN/InGaN/GaN HEMT器件穩(wěn)定性和可靠性的關(guān)鍵物理機(jī)理．在模擬中，考慮了器件的工作溫度和界面熱阻(即考慮了傳熱性質(zhì))對(duì)自加熱和熱電子效應(yīng)的影響，從而達(dá)到對(duì)器件在不同環(huán)境和工藝條件下性能的考察．研究結(jié)果表明:隨著界面熱阻的增加，器件跨導(dǎo)降低，閾值電壓增大，電流坍塌效應(yīng)變得嚴(yán)重;隨著工作環(huán)境溫度增高，器件溫度增高，載流子遷移率降低，器件性能降低．下面就對(duì)所做的工作進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明．

2.器件結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)

模擬中所采用的HEMT器件的結(jié)構(gòu)和坐標(biāo)方

向如圖1所示，由于AlGaN/InGaN層間導(dǎo)帶能量不連續(xù)導(dǎo)致InGaN層具有較高的二維電子氣(2DEG)濃度并作為溝道區(qū)域的中心．在AlGaN，InGaN和GaN各層之間存在著由自發(fā)極化電荷和壓電極化電荷組成的表面電荷［5，11，18］，理論計(jì)算Al0.3Ga0.7N/ In0.015Ga0.985N界面電荷的值在(1.5—1.7)×1013cm－2附近，但部分應(yīng)變弛豫可能導(dǎo)致極化電荷減少，即形成了大量的界面陷阱中和極化電荷共存現(xiàn)象［19，20］．因此，在所有模擬中我們采用的有效界面電荷密度為1.15×1013cm－2．我們采用了背景摻雜，摻雜濃度為1×1014cm－3［14］，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果［21］表明如果Al的摩爾分?jǐn)?shù)每增加1%，那么柵極處的肖特基勢(shì)壘高度相應(yīng)地約增加0.02 V，對(duì)于Ni/Au金屬電極在30%鋁組分的AlGaN層形成肖特基接觸的條件下，肖特基勢(shì)壘高度為1.55 V．在模擬中，忽略了熱導(dǎo)率隨環(huán)境溫度的變化，取熱導(dǎo)率為常數(shù)，AlN的熱導(dǎo)率為2.7 W/cmK，GaN的熱導(dǎo)率為1.30 W/cmK［22］．界面材料阻抗的不同導(dǎo)致了熱耦合，決定了熱邊界阻(TBR)的大?。缑娴木Ц袷湟矔?huì)使TRB增大．器件過(guò)熱和性能的減弱實(shí)質(zhì)上是由于TRB導(dǎo)致的．所以模擬中加上熱電極，考慮了熱傳輸方程，熱導(dǎo)率系數(shù)k大小假設(shè)為與溫度無(wú)關(guān)．

由于本文一部分工作為探究界面熱阻(即熱邊界阻TRB)對(duì)器件性能的影響，在我們的模擬中考慮了電極和襯底的TRB，模擬中源極、柵極、漏極界面熱阻和襯底界面熱阻采用三組數(shù)據(jù)(單位為K/ W):max組為1×10－3，1×10－3，1×10－3和1× 10－4;min組為1×10－4，1×10－4，1×10－4和1× 10－5;mid組為5×10－4，5×10－4，5×10－4和5× 10－5．其他材料參數(shù)如表1所示．

3.模擬結(jié)果與討論

3.1.不同界面熱阻下的器件性能的研究

如圖2所示，模擬不同界面熱阻時(shí)的輸出特性曲線．其中:1)綠、藍(lán)實(shí)線為實(shí)驗(yàn)測(cè)量的柵電壓Vg分別為0 V，－2 V時(shí)輸出特性曲線;2)黑色正方形實(shí)心線為模擬的柵電壓Vg為－2 V時(shí)輸出特性曲線，紅色圓圈空心線為模擬的柵電壓Vg為0 V時(shí)輸出特性曲線，模擬中界面熱阻為mid;3)棕色上三角空心線為模擬的柵電壓Vg為－2 V時(shí)輸出特性曲線，綠色下三角實(shí)心線為模擬的柵電壓Vg為0 V時(shí)輸出特性曲線，模擬中界面熱阻為max．

圖2 顯示當(dāng)漏極電壓很大時(shí)，隨著漏極電壓增加，漏極電流降低，出現(xiàn)了電流坍塌效應(yīng)．同時(shí)界面熱阻越大，電流坍塌越嚴(yán)重．當(dāng)界面熱阻為較大值max時(shí)，模擬的漏極電流比實(shí)驗(yàn)値小，當(dāng)界面電阻為較小值mid時(shí)，模擬的漏極電流比實(shí)驗(yàn)値大．所以該HEMT器件的實(shí)際界面熱阻應(yīng)該在這兩個(gè)模擬設(shè)定的界面熱阻之間．圖3給出了最大晶格溫度隨漏極電壓的變化圖．其中，實(shí)心的正方形、圓形、三角形線表示柵電壓Vg分別為0 V，－1 V，－2 V時(shí)最大晶格溫度隨漏極電壓的變化圖——界面熱阻為max;空心的正方形、圓形和三角形線為柵電壓Vg分別為0 V，－1 V，－2 V時(shí)最大晶格溫度隨漏極電壓的變化圖——界面熱阻為mid;特殊記號(hào)的正方形、圓形、三角形線表示柵電壓Vg分別為0 V，－1 V，－2 V時(shí)最大晶格溫度隨漏極電壓的變化圖——界面熱阻比較小為min．

圖3 顯示隨著界面熱阻的增加，晶格溫度增加．界面熱阻為max時(shí)的晶格溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于界面熱阻比較小時(shí)的晶格溫度，Vg=0 V時(shí)最高溫度達(dá)到660 K，升高了將近360 K．

圖4為器件界面熱阻為1×10－4時(shí)，遷移率、晶格溫度及它們?cè)跓狳c(diǎn)位置處沿著垂直方向(Y方向)的分布情況，可以看出在垂直方向上，溫度緩慢地降低，從最高處的391 K降到最低處的311 K，大約降低了80 K，在漏邊柵極處，出現(xiàn)了明顯的“熱點(diǎn)”(hot spot);遷移率逐漸升高，從最低的44.4 cm－2/Vs上升到1053.52 cm－2/Vs，InGaN中遷移率降最低值大約為44 cm－2/Vs，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于常溫的2400 cm－2/Vs．遷移率的最低點(diǎn)和器件晶格溫度的“熱點(diǎn)”所處的位置是一致的，而且隨著晶格溫度的升高，遷移率降低．這是因?yàn)樵跂艠O漏邊處，存在著嚴(yán)重的自加熱效應(yīng)使得晶格振動(dòng)大大增強(qiáng)，電子-聲子散射增強(qiáng)，從而導(dǎo)致遷移率大幅降低InGaN層作為溝道的中心區(qū)域溫度最高，電子遷移率最低．

圖4 柵極漏邊處AlGaN/InGaN/GaN結(jié)構(gòu)HEMT器件的(a)遷移率等高線圖和(b)晶格溫度等高線圖．(c)圖垂直方向的晶格溫度分布和電子遷移率分布，X=0.17μm．模擬條件為Vd=20 V和Vg=0 V

結(jié)合上面三幅圖，可以看到，隨著界面熱阻的增加，晶格溫度增加，自加熱現(xiàn)象明顯，遷移率降低，從而導(dǎo)致漏極電流降低．特別是當(dāng)漏極電壓比較大時(shí)，自加熱更嚴(yán)重，晶格溫度過(guò)高，導(dǎo)致漏極電流下降明顯，從而出現(xiàn)了明顯的電流坍塌效應(yīng)，造成器件在高場(chǎng)下的穩(wěn)定性和可靠性降低．

3.2.不同環(huán)境溫度下器件的性能研究

圖5所示為AlGaN/InGaN/GaN結(jié)構(gòu)HEMT器件的轉(zhuǎn)移特性曲線(Id-Vg)．其中，紅色虛線為外界環(huán)境T=300 K時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，藍(lán)色點(diǎn)線為外界環(huán)境T=300 K時(shí)不考慮自加熱時(shí)的模擬數(shù)據(jù)，黑色實(shí)線為外界環(huán)境T=300 K時(shí)的考慮自加熱時(shí)模擬數(shù)據(jù)，界面熱阻為min;紅色圓圈線為外界環(huán)境T=350 K時(shí)的考慮自加熱時(shí)模擬數(shù)據(jù)，界面熱阻為min;黑色正方形線也為外界環(huán)境T=300 K時(shí)的考慮自加熱時(shí)模擬數(shù)據(jù)，但是模擬時(shí)將襯底的傳熱系數(shù)這個(gè)參數(shù)增大，增大為界面熱阻為max．

圖5 AlGaN/InGaN/GaN結(jié)構(gòu)HEMT器件的轉(zhuǎn)移特性曲線(Id-Vg)，其中，漏電壓Vd=10 V

在圖5中，通過(guò)比較(1)和(2)兩種情況下的轉(zhuǎn)移特性曲線，可以看出當(dāng)外界環(huán)境的溫度升高，轉(zhuǎn)移特性曲線的跨導(dǎo)減小，器件的性能降低．同理，比較(2)和(3)的兩種情況，可以看出當(dāng)界面熱阻增加時(shí)，漏極電流降低非常明顯，器件的跨導(dǎo)也降低，閾值電壓增大．圖6為不同情況下的跨導(dǎo)隨漏極電壓的變化圖．隨著器件工作環(huán)境溫度的增加，跨導(dǎo)降低，同時(shí)隨著界面熱阻的上升，器件的跨導(dǎo)也降低．這說(shuō)明穩(wěn)態(tài)下兩者的效果是等效的．

圖7顯示在相同柵極偏壓下，T=350 K時(shí)的漏電流小于T=300 K時(shí)的漏電流，但是隨著柵極電壓的減小，漏電流的差距減小，當(dāng)Vgs=－3 V時(shí)T= 350 K時(shí)的漏電流甚至大于T=300 K時(shí)的漏電流．而且當(dāng)柵極電壓下降時(shí)，負(fù)微分電導(dǎo)發(fā)生時(shí)的漏極電壓下降．由圖7還可以看出，Vd在1—4 V時(shí)，出現(xiàn)了不同程度的負(fù)微分電導(dǎo)，而且T=350 K時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)小于T=300 K時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)．圖2也顯示出這個(gè)現(xiàn)象，界面熱阻大時(shí)顯示的負(fù)微分電導(dǎo)小于界面熱阻比較小時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)．圖2和圖6都顯示出，當(dāng)柵極電壓比較小時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)大于柵極電壓比較大時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)．

由圖2和圖7可知，出現(xiàn)負(fù)微分電導(dǎo)的Vd值在1—4 V之間，并且相同柵極電壓下的Vd臨界值基本是相同的，在這之間存在兩個(gè)過(guò)程:1)隨著漏極電壓的增大，溝道電場(chǎng)強(qiáng)度增加，漏極電流增大;2)同時(shí)電子慢慢變熱，漸漸成為“熱電子”，電子跨越能極差被陷阱俘獲成為俘獲電子的概率增大，這使溝道電流減?。@兩個(gè)過(guò)程處于競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系．在漏極電壓比較小，漏極電流還在上升的過(guò)程中，熱電子還在慢慢形成和增加，1)過(guò)程大于2)過(guò)程．當(dāng)漏極電壓比較大時(shí)，電子速度趨于飽和，1)過(guò)程導(dǎo)致的電流增大的過(guò)程減弱，2)過(guò)程中熱電子獲得更多能量導(dǎo)致電流增加，這時(shí)1)過(guò)程小于2)過(guò)程，造成電流出現(xiàn)嚴(yán)重的負(fù)微分電導(dǎo)現(xiàn)象．

對(duì)比T=350 K與T=300 K的輸出特性曲線發(fā)現(xiàn)，1)過(guò)程兩者基本相同，但是2)過(guò)程有差別．低漏極偏壓下，T=350 K時(shí)電子更容易獲得能量，成為熱電子，在漏極壓上升的過(guò)程中就有更多熱電子被陷阱俘獲，所以在下降時(shí)就沒(méi)有T=300 K時(shí)那么多熱電子被陷阱俘獲，下降也就沒(méi)有那么明顯．同理低漏極偏壓下界面熱阻max比界面熱阻min更容易升溫，即電子容易獲得能量，成為熱電子．從而出現(xiàn)了界面熱阻大時(shí)顯示的負(fù)微分電導(dǎo)小于界面熱阻比較小時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)這個(gè)現(xiàn)象．但是柵極電壓不同，其他情況相同時(shí)，最終的飽和電流不同，即1)過(guò)程不同．柵極電壓減小，最終的飽和電流也減小，在較低漏極電壓時(shí)漏極電流就已經(jīng)達(dá)到飽和．主要是因?yàn)殡娮訚舛认鄬?duì)較小，平均自由程較長(zhǎng)，電子容易獲得較大的動(dòng)能．在較大漏極電壓下，溝道熱電子被俘獲地少，負(fù)微分電導(dǎo)較?。谳^低漏極電壓下，負(fù)微分電導(dǎo)就更嚴(yán)重．同時(shí)當(dāng)漏極電壓非常大(大于10 V時(shí))，1)過(guò)程導(dǎo)致的電流增加過(guò)程早已達(dá)到飽和．但是由于自加熱效應(yīng)，器件局域溫度很高，2)過(guò)程中更多的電子獲得能量，越過(guò)能級(jí)差被俘獲，導(dǎo)致電流降低，這將進(jìn)一步加重電流坍塌效應(yīng)．

綜上所述，在低漏極電壓下，隨著漏極電壓的增加，漏極電壓使漏極電流增加與熱電子使漏極電流減小的過(guò)程處于競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系．熱電子是低漏極偏壓下負(fù)微分電導(dǎo)產(chǎn)生的主要因素．自加熱是高漏極電壓下電流坍塌效應(yīng)產(chǎn)生的主要因素．

由圖8可以看到，當(dāng)器件工作溫度不同時(shí)，熱交換導(dǎo)致的晶格的溫度不一樣，外界溫度越高，器件晶格溫度越高．為了更好地分析AlGaN/In GaN/GaN結(jié)構(gòu)HEMT器件的自加熱效應(yīng)，假設(shè)了一個(gè)簡(jiǎn)單的基于熱耗散和熱傳導(dǎo)的解析模型［23—26］，定性地描述漏極電流的變化．漏極電流隨電場(chǎng)變化關(guān)系如下:

其中e是電子電荷，μe是電子遷移率，n是溝道面電子濃度，W是器件寬度，E是溝道平均電場(chǎng)，θ是器件熱阻，Pdis是電子耗散焦耳功率．

由圖7可看出到漏極電壓大于4 V時(shí)，漏極電流已經(jīng)飽和，所以當(dāng)Vd≥4 V時(shí)功率P=UI呈線性增長(zhǎng);由圖8可以看出Vd≥4 V時(shí)最大晶格溫度也呈線性增長(zhǎng)．這時(shí)由(4)式可求出器件熱阻θ．

表2為T=300 K和T=350 K時(shí)不同柵壓下的電壓值、電流值和最大晶格溫度．用公式計(jì)算出相對(duì)應(yīng)的熱阻θ．從表中可以看出HEMT器件的熱阻在6—10 K/W之間，隨著柵壓的減小，熱阻增大．為了進(jìn)一步分析熱阻與柵極電壓之間的關(guān)系，下面給出了熱阻對(duì)柵極電壓的變化圖，如圖9所示．系，由知道1)柵極固定時(shí)，漏極電流飽和后，隨著漏極電壓的增加，漏極電流不變，ΔT線性增加，所以θ為一恒值．2)柵極電壓變化，其他不變時(shí)，漏極電流飽和后，漏極電流隨著柵極電壓線性減大，所以θ隨著柵極電壓線性減小．此分析與上圖所顯示的線性關(guān)系一致．

從圖9中可以看出熱阻與柵極電壓呈線性關(guān)

圖9 熱阻對(duì)柵極電壓的變化圖

4.結(jié)論

通過(guò)研究器件不同界面熱阻時(shí)的轉(zhuǎn)移特性曲線、輸出特性曲線和晶格溫度隨漏極電壓的變化，發(fā)現(xiàn)隨著界面熱阻的增加，器件跨導(dǎo)降低，閾值電壓增大，電流坍塌效應(yīng)變得嚴(yán)重．比較不同界面熱阻和不同工作環(huán)境溫度時(shí)輸出特性曲線，發(fā)現(xiàn)Vd在1—4 V時(shí)，出現(xiàn)了不同程度的負(fù)微分電導(dǎo)，而且T=3 5 0 K時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)小于T= 300 K時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)，界面熱阻大時(shí)顯示的負(fù)微分電導(dǎo)小于界面熱阻比較小時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)，柵極電壓比較小時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)大于柵極電壓比較大時(shí)的負(fù)微分電導(dǎo)．在低漏極電壓下，隨著漏極電壓的增加，漏極電壓使漏極電流增加與熱電子使漏極電流減小的過(guò)程處于競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系．熱電子是低漏極偏壓下負(fù)微分電導(dǎo)產(chǎn)生的主導(dǎo)因素，而自加熱是高漏極電壓下電流坍塌效應(yīng)產(chǎn)生的主導(dǎo)因素．

［1］Gu W P，Hao Y，Zhang J C，Wang C，F(xiàn)eng Q，Ma X H 2009 Acta．Phys．Sin．58 0511(in Chinese)［谷文萍、郝躍、張進(jìn)城、王沖、馮倩、馬曉華2009物理學(xué)報(bào)58 511］

［2］Hu W D，Chen X S，Quan Z J，Zhang M X，Huang Y，Xia C S，Lu W，Ye D P 2007 J．Appl．Phys．102 034502

［3］Ding G J，Guo L W，Xing Z G，Chen Y，Xu P Q，Jia H Q，Zhou J M，Chen H 2010 Acta Phys．Sin．59 5724(in Chinese)［丁國(guó)建、郭麗偉、邢志剛、陳耀、徐培強(qiáng)、賈海強(qiáng)、周均銘、陳弘2010物理學(xué)報(bào)59 5724］

［4］Hu W D，Chen X S，Quan Z J，Xia S C，Lu W，Yuan H J 2006 Appl．Phys．Lett．89 243501

［5］Hu W D，Chen X S，Quan Z J，Xia S C，Lu W，Ye P D 2006 J．Appl．Phys．100 074501

［6］Xi G Y，Ren F，Hao Z B，Wang L，Li H T，Jiang Y，Zhao W，Han Y J，Luo Y 2008 Acta Phys．Sin．57 7238(in Chinese)［席光義、任凡、郝智彪、汪萊、李洪濤、江洋、趙維韓、彥軍、羅毅2008物理學(xué)報(bào)57 7238］

［7］Simin G，Yang J Z，Koudymov A，Adivarahan V，Yang J，Khan M A 2006 Appl．Phys．Lett．89 033510

［8］Wang L，Hu W D，Chen X S，Lu W 2010 J．Appl．Phys．108 054501

［9］Wang C，Quan S，Zhang J F，Hao Y，F(xiàn)eng Q，Chen J F 2009 Acta．Phys．Sin．58 1966(in Chinese)［王沖、全思、張金鳳、郝躍、馮倩、陳軍峰2009物理學(xué)報(bào)58 1966］

［10］Hu W D，Chen X S，Zhou X C，Quan Z J，Lu W 2006 Microelectronics Journal 37 613

［11］Braga N，Mickevicius R，Gaska R，Hu X，Shur M S，Asif K M，Simin G，Yang J 2004 J．Appl．Phys．95 6409

［12］Wang L，Hu W D，Chen X S，Lu W 2010 Acta．Phys．Sin．59 5730(in Chinese)［王林、胡偉達(dá)、陳效雙、陸衛(wèi)2010物理學(xué)報(bào)59 5730］

［13］Brag N，Mickevicius R，Gaska R，Shur M S，Asif K M，Simin G 2004 Appl．Phys．Lett．85 4780

［14］Hu W D，Chen X S，Yin F，Zhang J B，Lu W 2009 J．Appl．Phys．105 084502

［15］Wei W，Lin R B，F(xiàn)eng Q，HaoY 2008 Acta Phys．Sin．57 467 (in Chinese)［魏巍、林若兵、馮倩、郝躍2008物理學(xué)報(bào)57 467］

［16］Hao L C，Duan J L，2010 Acta．Phys．Sin．59 2746(in Chinese)［郝立超、段俊麗2010物理學(xué)報(bào)59 2746］

［17］Vetury R，Naiqain Zhang Q，Stacia Keller，Mishra K U 2001 IEEE Trans．Electron Devices 48 560

［18］Kong Y C，Zheng Y D，Zhou C H，Deng Y Z，Gu S L，Shen B，Zhang R，Han P，Jiang R L，Shi Y 2004 Acta．Phys．Sin．53 2320(in Chinese)［孔月嬋、鄭有竇、周春紅、鄧永楨、顧書(shū)林、沈波、張榮、韓平、江若璉、施毅2004物理學(xué)報(bào)53 2320］

［19］Bykhovski A D，Gaska R，Shur M S 1998 Appl．Phys．Lett．73 24

［20］Liu L J，Yue Y Z，Zhang J C，Ma X H，Dong Z D，Hao Y 2009 Acta．Phys．Sin．58 536(in Chinese)［劉林杰、岳遠(yuǎn)征、張進(jìn)城、馬曉華、董作典、郝躍2009物理學(xué)報(bào)58 536］

［21］Yu L S，Ying Q J，Qiao D，Lau S S，Boutros K S，Redwing J M 1998 Appl．Phys．Lett．73 26

［22］Valentin O Turina，Alexander A 2006 J．Appl．Phys．100 054501

［23］Vitusevich S A，Danylyuk S V，Klein N，Petrychuk M V，Avksentyev A Yu，Sokolov V N，Kochelap V A，Belyaev A E，Tilak V，Smart J，Vertiatchikh A，Eastman L F 2003 Appl．Phys．Lett．82 748

［24］Gaska R，Osinsky A，Yang J W，Shur M S 1998 IEEE Elect． Dev．Lett．19 89

［25］Feng Q，Tian Y，Bi Z W，Yue Y Z，Ni J Y，Zhang J C，Hao Y，Yang L A 2009 Chin．Phys．B 18 3014

［26］Fan L，Hao Y，Zhao Y F，Zhang J C，Gao Z Y，Li P X 2009 Chin．Phys．B 18 2912

Current collapse effect，interfacialthermal resistance and work temperature for AlGaN/GaN HEMTs

Gu Jiang1)Wang Qiang2)Lu Hong1)
1)(Department of Physics and Electronic，Changshu Institute of Technology，Changshu 215500，China)
2)(School of Electronics and Information，Nantong University，Nantong 226019，China)
(Received 7 October 2010;revised manuscript received 22 October 2010)

The effects of operating temperature and the interfacial thermal resistance on device are researched by using a twodimensional numerical simulator．A comparison between the simulated results and the experiment data demonstrates that hot electrons make a significant contribution to the negative differential output conductance which will increase with the increase of the work temperature under low drain voltage，and under upper drain voltage，the self-heating effect is an important factor to the current collapse which will become more serious with the work temperature and interfacial thermal resistance inereasing．

AlGaN/GaN HEMT devices，hot electron effect，self-heating effect，current collapse effect

．gujiang_cit@yahoo．cn

通訊聯(lián)系人．wang_q@ntu．edu．cn

PACS:71．55．Eq，73．40．Lq，73．61．－r

Corresponding author．Email:gujiang_cit@yahoo．cn

Corresponding author．Email:wang_q@ntu．edu．cn