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  F注入后的HEMT肖特基管的正向电流特性是由陷阱辅助隧穿决定的,偏离了热电子发射的曲线,因而提取出来的影响因子为不合理的5以上。在上一篇文章中,我们通过变化与HEMT结构二极管串联的有源电阻的值,提取了HEMT结构二极管和F注入HEMT结构肖特基二极管的内建电势,下面就可以使用内建电势和肖特基势垒高度的关系计算出来F处理HEMT结构二极管的肖特基势垒高度。
VG=Vbi时的栅极区域能带图  
图1 (a)VG=0和(b)VG=Vbi时的栅极区域能带图
 
  如图1所示的VG=0和VG=Vbi时的栅极区域能带图,AlGaN/GaN异质结HEMT结构二极管零偏时的内建电势比肖特基势垒高度要高,这是因为在AlGaN/GaN界面处极大的极化电荷所感生的2DEG将费米能级拉高到GaN导带底之上。半导体侧的电子能级的最低级也不在GaN的导带底,而是量子化的子带的基态能级E0。所以零偏的内建势的值为基态能级E0到肖特基接触处的导带底能级。随着栅极电势的升高,半导体侧的费米能级也不断被拉高,当E0的能带高度等于肖特基接触处的导带底能级时,此时的金属费米势和半导体费米势之差就是外加偏压,如图1(b)所示,这个偏压的值即是Vbi。将Vbi减去费米能级到E0的差值,就可以得到肖特基势垒高度。
 
  但是我们从能带图上来看,费米能级与E0的差值在各个偏置下是不同的。由于2DEG不同浓度在AlGaN/GaN界面处的静电荷也不同,所以WKB近似计算的三角势阱深度也不同,基态能级E0也随之变化。在AlGaN/GaN异质结结构中,因为E1≈3E0,也就是说在E1能级上的电子浓度几乎为零,忽略在计算2DEG浓度的E1项,因而有
计算公式  
  通过计算在不同栅压偏置下的ns(V)即可得EF与E0差值,进而求得肖特基接触的势垒高度。ns(V)-V的关系通过实际测量的C-V曲线对电容从夹断点到相应电压积分得到,如图2所示。由C-V曲线和式(1)计算出来的常规HEMT结构二极管和F处理HEMT结构二极管的EF-E0值为0.08eV和0.05eV,两者区别不大,与Khandelwal等人得到结果相近。
常规HEMT结构二极管和F处理HEMT结构二极管电容对比  
图2 常规HEMT结构二极管和F处理HEMT结构二极管电容对比
 
  将提取的内建势减去EF-E0的差值,即得到了常规HEMT结构二极管管,和F处理HEMT结构二极管的肖特基势垒高度。常规HEMT结构二极管的势垒高度为1.29eV,F注入HEMT结构二极管势垒高度为1.90eV,在进行F等离子体注入后,肖特基势垒高度比为注入升高了0.61eV。但是这在使用热电子发射理论提取的势垒高度上却无法看到,F注入HEMT结构二极管的正向导电在F处理造成的损伤和F离子的作用下已经完全偏离了TE发射规律,因此尽管理论计算和仿真显示,在注入5.00×10 18 cm -3 量级的F离子后,肖特基等效势垒高度应该增加约0.45eV。但是在本文所进行的实验,还有很多其他小组进行的实验都无法通过I-V的方法测量观察到这个现象,导电机制的变化使得不能继续用TE发射模型提取势垒高度,而用测量内建势的方法可以发现,在本文制备的F处理HEMT结构二极管中,经F等离子体处理后,能有效的提高肖特基势垒高度约0.61eV。常规HEMT结构二极管通过内建势的测量,提取的势垒高度为1.29eV,与热电子发射模型提取的势垒高度约1.05eV较为接近,也证明了常规HEMT结构二极管在0.70V至内建电势之间的导电机制是热电子发射机制。

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