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基于GaN材料的增强型HEMT器件是高速功率开关和高速集成电路重要组成部分。F注入增强型HEMT器件因制作工艺简单和阈值电压可控等优势,成为了实现增强型HEMT器件一种常用方式。同时近年来F等离子体处理与MIS栅结构、凹槽栅结构和纳米线沟道等其他技术结合可实现高性能的增强型HEMT器件。然而F注入增强型HEMT器件长时间电应力下的退化机理仍未明晰,基于此本文针对F注入增强型HEMT器件在关态电应力下的可靠性展开研究。论文设计了不同栅极偏置关态电应力实验。在关态应力下,器件的阈值电压随着应力时间的增加而逐渐负向漂移,并且随着应力的增大而更显著,同时关态应力过程中栅漏电极之间沟道电阻减小。F离子移动理论常用来解释器件退化,其认为F离子在电场的作用下横向移出栅下区域导致器件阈值电压的退化。然而栅下区域的F离子移动到漏电极一侧会引起栅漏电极之间沟道电阻增大,其与实验现象矛盾,因此F离子移动理论不是增强型HEMT器件退化的主要原因。F离子碰撞去离化理论是解释器件退化的另一观点,认为应力过程中高能的电子去离化F离子本身所带的负电荷,使F离子失去强电负性导致器件阈值电压退化。论文设计了不同栅极注入电流实验研究对增强型HEMT器件退化的影响。器件经300?C,1 min热退火处理可减小器件的栅漏电,但未改变器件的阈值电压。实验现象显示,相同关态电应力下,退火处理的增强型器件的应力栅电流较小,但是阈值电压退化量的相同。表明器件的退化量大小主要取决于器件所施加的电场强度,而不是应力栅电流,因此F离子碰撞去离化理论不是增强型HEMT器件退化的主要原因。论文设计了耗尽型和增强型HEMT器件在相同的关态应力对比实验。耗尽型器件应力过程中较大的应力栅电流在AlGaN/GaN界面产生大量的界面态陷阱,导致器件应力过程中饱和漏电流和跨导下降,然而器件的阈值电压基本不变。F注入增强型HEMT器件结构基于耗尽型HEMT器件,两者关态应力过程中退化现象和规律不同,说明HEMT器件本身结构或缺陷不是增强型HEMT器件关态电应力退化的主要原因。前文排除以往文献中F离子移动和F离子碰撞去离化引起器件退化的两种原因,得到结论:关态应力下产生的高电场使栅极下势垒层内的F离子失去负电荷,发生去离化效应,导致栅下的有效F离子数量减少,减小了对栅下沟道电子的耗尽作用,导致阈值电压的负漂,引起器件退化。最后利用正反向偏置实验和热退火实验研究F注入增强型HEMT器件关态高场应力后的器件特性。结果表明,相比于关态应力过程器件的退化总量,较小的正向偏置应力使器件退化量减小了20%,300?C,5 min热退火处理使器件退化量减小了39%,同时退火过程改善了器件的肖特基特性。