熱效應(yīng)對AlGaN/GaN HEMT的影響

姜霞 賈英茜 郭正紅 張志偉 唐紅梅

【摘要】 分析了載流子遷移率，薄層載流子濃度、飽和電子漂移速度，導(dǎo)帶斷續(xù)，溝道溫度等與自熱效應(yīng)的關(guān)系，建立了模擬AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管直流I-V特性的解析模型。仿真結(jié)果同試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，說明了該模型的正確性。

【關(guān)鍵詞】 熱效應(yīng) AlGaN/GaN HEMT I-V模型

Effects of self-heating on model for AlGaN/GaN HEMT

JIANG Xia1 JIA Ying-qian2 GUO Zheng-hong3 TANG Hong-mei1 ZHANG Zhi-wei1（1.College of Information Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300130， China， 2.Physical and Electrical Information Engineering Institute， Shijiazhuang University， Shijiazhuang，050000， China，

3.School of Information Science and Engineering， Hebei North University， Zhangjikou 075000，China）

Abstract： A accurate analytical model of I-V characteristics for AlGaN/GaN high electron mobility transistor（HEMT） is presented considering the relationship between self-heating effect and electron mobility， sheet carrier density， velocity saturation， conduction band discontinuity， and channel temperature. The comparison between simulations and physical calculation shows a good agreement， it is prove that this model is accurate.

Key words： Self-heating AlGaN/GaN HEMT I-V model

隨著近年來在AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管研制方面取得的不斷進(jìn)步，AlGaN/GaN HEMT已經(jīng)成為在高頻、高溫和高功率等領(lǐng)域最具發(fā)展?jié)摿Φ碾娮悠骷?，并顯示出其優(yōu)良的電學(xué)特性[1，2]。但是當(dāng)AlGaN/GaN HEMT在較大偏壓狀態(tài)下工作時，過大的功率耗散會導(dǎo)致器件溫度的升高，從而加強(qiáng)聲子散射，引起勢阱中載流子遷移率的下降。這種效應(yīng)會對器件的靜態(tài)I-V特性產(chǎn)生重要影響，一般被稱作“自熱效應(yīng)”[3]。本文研究了溫度的升高對器件參數(shù)的影響，建立了模擬AlGaN/GaN HEMT直流I-V特性的熱解析模型。最后將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行對比，符合較好。

一、模型及參數(shù)

根據(jù)電流的連續(xù)性，用Vdsat代替式（8）中的Vds，并令式（9）和式（8）相等，可解得飽和點(diǎn)的電壓和電流值。

二、結(jié)果與分析

根據(jù)前面的理論計(jì)算公式，結(jié)合所選器件參數(shù)，首先給出不同襯底材料熱導(dǎo)率隨溫度的變化情況，如圖1所示。

由圖可知，室溫下四種不同的襯底材料SiC，GaN，Si和藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率隨溫度的升高而下降，這就使得隨著耗散功率的增加，襯底溫度會不斷上升，產(chǎn)生一系列熱效應(yīng)。由圖可見SiC熱導(dǎo)率最高，對于GaN器件來說具有明顯的優(yōu)勢。

圖2給出低場遷移率隨薄層載流子濃度及溫度的變化規(guī)律。由圖可知，隨著薄層載流子濃度的增加，低場遷移率減小，并且溫度越低，變化越明顯。

圖3描述了SiC襯底時漏電流隨漏電壓的變化關(guān)系。圖中空心圓圈代表不考慮自熱效應(yīng)的電流值，實(shí)線代表考慮自熱效應(yīng)的電流值，叉字符代表實(shí)際的測量值，可以看出該模型的精度較高。

三、結(jié)論

研究了“自熱效應(yīng)”對AlGaN/GaN HEMT性能的影響，分析了電子遷移率、薄層載流子濃度、飽和電子漂移速度及導(dǎo)帶斷續(xù)隨溫度的變化情況，建立了Al0.3Ga0.7N/GaN HEMT的I-V輸出特性模型，通過與試驗(yàn)值的對比，該模型具有較高的精度，并且計(jì)算過程簡單，可以用來指導(dǎo)器件結(jié)構(gòu)和電路的設(shè)計(jì)。

參 考 文 獻(xiàn)

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