在衬底偏压和温度变化条件下，对掺碳GaN-on-Si功率HEMTs中拐点行为的实验与理论研究

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Experimental and Theoretical Investigation of Kink Behavior in C-Doped GaN-on-Si Power HEMTs Under Substrate Bias and Temperature Variations

碳掺杂GaN-on-Si HEMT的kink效应研究显示，基板偏压通过影响热电子辅助的缓冲层陷阱释放机制显著改变kink特性，正偏压50V使最大kink幅度提升325%，动态ON电阻增加63%。温度依赖性实验表明kink参数在浮空与接地基板间呈现非单调变化，高阻衬底上应力引发的器件间耦合效应可使kink幅度增加10倍。

　　

摘要：

在本研究中，我们详细探讨了栅长为2.5微米的碳掺杂GaN-on-Si HEMT输出特性中的“拐点效应”。这种效应归因于热电子辅助的脱陷机制，该机制受到基板偏压的影响。碳掺杂在缓冲层中引入的类似受主的陷阱起到了主导作用，因为在没有碳掺杂的外延堆栈上制造的器件无论基板偏压如何都不会出现拐点现象。反向偏压测量显示，缓冲层中的电荷陷阱会诱导出负电势，从而增强脱陷过程，进而加剧拐点效应。当器件受到50伏的正基板偏压作用时，最大拐点幅度和动态导通电阻（Rdyn）分别增加了325%和63%。温度依赖性研究表明，在有偏压和无偏压条件下，拐点起始电压及其幅度均呈现非单调变化。此外，研究发现，在高阻硅基板上，高功率器件与低功率器件之间的相互作用会增强拐点效应；在浮动基板条件下，对高压端施加175伏电压后，拐点幅度增加了10倍。相比之下，当基板接地时，拐点幅度没有显著变化。