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Dynamic Characteristics and Related Trapping Effects of GaN-based Fin-MISHEMTs
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资源说明：本文研究了基于氮化镓（GaN）的鳍形金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（Fin-MISHEMT）的动态特性和相关的陷阱效应。研究显示，Fin-MISHEMT不仅具有更好的直流特性，还能显著减少因陷阱效应引起的电流崩塌现象，这表明Fin-MISHEMT是抑制短沟道效应和电流崩塌的有前景的器件结构，主要归功于它更强的栅极控制能力。
氮化镓作为一种宽禁带半导体材料，自1990年代初期起，人们就对其三五族化合物半导体中的氮化镓及其合金（如AlGaN/GaN异质结构）的电子特性产生了浓厚的兴趣。这是因为这些材料系统具有优异的物理特性，如高电子迁移率和饱和电子漂移速度，使得基于氮化镓的高电子迁移率晶体管（HEMTs）非常适合于高频和高功率应用领域。
在高频率和高功率应用场景下，器件的短沟道效应（SCEs）和电流崩塌现象一直是限制器件性能的重要因素。SCEs指的是随着栅长的缩小，晶体管的控制能力下降，使得源漏之间的载流子传输受栅极控制能力的影响减小，从而影响晶体管的开关性能。电流崩塌是指器件在高电压工作时，由于表面和界面陷阱电荷的积累，导致电流的突然下降，这在功率电子器件中尤为显著。
为了改善这些问题，研究者们设计了具有鳍形结构的Fin-MISHEMT。与传统的平面MISHEMT相比，Fin-MISHEMT的特殊结构设计增强了栅极对沟道的控制能力。本文中，作者采用的是具有80nm长T型栅和100nm鳍宽的Fin-MISHEMT，并与同一模板上制备的平面MISHEMT进行了对比分析。通过脉冲I-V测量，分析了基于GaN的Fin-MISHEMT的动态特性，以解释陷阱效应及其物理机制。
研究结果表明，在所测试的样品中，电子主要被栅极下方的陷阱捕获，而不是被漏极接入区域的陷阱捕获。因此，Fin-MISHEMT结构由于其较强的栅极控制能力，可以有效抑制由陷阱引起的电流崩塌效应。相较于平面MISHEMT，Fin-MISHEMT在抑制短沟道效应和电流崩塌方面具有明显优势，使其成为GaN基器件中大有前途的器件结构。
此项研究涉及到了微电子器件制造和表征的基本原理。器件制造包括了多个步骤，从晶圆制备、光刻、薄膜沉积、蚀刻，到金属化等，每一个步骤都会影响到最终器件的性能。在器件表征方面，通过对器件进行电学测量，如I-V特性曲线、脉冲I-V测试等，可以获取器件的动态特性，如开关速度、电流崩塌等行为，并对器件中可能存在的物理机制（如载流子输运、陷阱效应等）进行分析。
为了更深入地理解Fin-MISHEMT器件的性能优势，文章还进一步讨论了器件的结构设计原理和工作原理，例如为什么Fin结构能够增强栅极对沟道的控制能力，以及如何利用这种结构来减少电流崩塌现象。
总而言之，本文通过详细分析Fin-MISHEMT器件的动态特性及相关的陷阱效应，展示了Fin-MISHEMT在提高器件性能、抑制SCEs和电流崩塌方面的潜力，这将为未来在高频、高功率电子领域的器件设计提供重要的理论和实践指导。
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