Явления захвата и механизмы деградации силовых HEMT на основе GaN

В статье представлен обзор наиболее значимых механизмов захвата и деградации, ограничивающих характеристики и срок службы транзисторов на основе GaN, предназначенных для применения в силовой электронике. На протяжении статьи описываются и обсуждаются результаты, полученные на современных приборах, с целью дать четкое представление о рассматриваемой проблеме. В первой части рассматривается динамическое сопротивление во включенном состоянии (dynamic R_on). После описания надежной методики испытаний для анализа импульсных характеристик приборов обсуждаются зависящие от напряжения и температуры импульсные вольт-амперные характеристики транзисторов с номинальным напряжением 650 В, а также физическая природа dynamic R_on в этих приборах. Показано, что благодаря оптимизации буферного слоя можно снизить захват носителей при высоком напряжении до пренебрежимо малого уровня. Свойства ловушек, ответственных за dynamic R_on, также подробно обсуждаются на основе данных о переходных процессах тока стока. Особое внимание уделено процессам захвата горячих электронов, которые в условиях жесткой коммутации могут приводить к значительному изменению сопротивления двумерного электронного газа (2DEG). Во второй части рассматривается деградация приборов. На основе обширного набора экспериментальных результатов описываются физические механизмы, ответственные за ухудшение характеристик приборов. В частности, показано, что воздействие в закрытом состоянии может вызывать измеримые изменения напряжения отсечки, главным образом проявляющиеся в виде нестабильности порогового напряжения под действием отрицательного смещения и температуры (NBTI). Происхождение этого сдвига подробно обсуждается; также показано, что в реальной каскодной конфигурации, в которой через прибор в закрытом состоянии протекает небольшой ток утечки ниже порога, эффекты NBTI ослабляются. Наконец, обсуждается стабильность системы затвора при воздействии положительного смещения на затвор.