采用混合铁电电荷陷阱栅极堆叠结构的增强型AlGaN/GaN HEMT在低温条件下的电学特性研究

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Cryogenic Temperature Electrical Characterization of Enhancement-Mode Thin Barrier AlGaN/GaN HEMT With Hybrid Ferroelectric Charge Trap Gate-Stack

该研究制备了具有6nm AlGaN异质结势垒和混合铁电门电路的HEMT，实现了E模式工作。在4K下获得亚阈值斜率47.5mV/dec，20K时最大漏电流1.055A/mm，4K时开关比达6.6×10^12。铁电门堆叠结构在低温下保持稳定功能，温度依赖分析揭示了载流子传输机制和迁移率退化规律。

　　

摘要：

本研究报道了一种高电子迁移率晶体管（HEMT）的制备及其在低温条件下的性能表征。该晶体管采用了6纳米厚的AlGaN势垒和混合式铁电栅极结构，以实现E模式（电子沟道模式）下的工作。我们通过直流测量和传输线方法（TLM）在4K以下温度范围内对器件性能及接触电阻行为进行了研究。在4K时，我们获得了约47.5 mV/dec的亚阈值斜率（SS），同时在电压为14 V时最大漏电流达到1.055 A/mm；此外，在4K时器件的开关电流比（Ion/Ioff）高达6.6×10^10。这种混合栅极结构在保持铁电特性的同时，展现了稳定的工作性能。温度依赖性分析有助于深入了解载流子传输、迁移率下降以及片层电阻和接触电阻的变化规律。这些结果展示了铁电栅控HEMT在低温应用中的潜力。