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  对GA-SBD反向特性的研究是通过在Sentaurus平台内SDevice模块中令器件阳极电压恒等于0V并不断升高阴极电压同时记录阴极电流的方式进行的。值得一提的是,考虑到收敛性的问题,与传统的仿真不同的是这里对仿真求解器采用准静态求解指令。这是一种利用将动态仿真测试中每一个测试点的测试时间延长到数十甚至数百秒的数量级来代替静态仿真的办法。
  图1所示的是GA-SBD在不同参数下的BV曲线。在相同的阳极金属功函数条件下,MFP越深则BV越大。在相同的MFP深度下,阳极金属功函数越高器件BV越大。而随着MFP深度的减小,这种BV差距也在增大。这说明MFP的钳位作用逐渐消失,而BV值与阳极金属公函数关系更大。除了阳极功函数为4eV,同时r>10nm的两个样品。其他几个仿真样品的BV值均大于200V。就目前所报道的实验以及仿真结果来看,这对于只有3μm漂移区长度的器件来说,已经属于较高的反向阻断性能。
不同的r与不同WF下GA-SBD的BV  
图1 不同的r与不同WF下GA-SBD的BV
GA-SBD与传统SBD的BV的比较  
图2 GA-SBD与传统SBD的BV的比较
  图2是GA-SBD的BV与传统SBD的对比。可见,除了阳极功函数为4eV,同时r>10nm的两个样品,其他GA-SBD的BV远远大于传统SBD。这进一步地说明了当阳极金属功函数为4eV时,MFP距异质结界面的距离小于10nm才能起到较强的场板作用;而当阳极金属功函数为4.5eV时,这个值至少能提高到14nm。
  MFP对器件反向电压的钳位作用可以通过电势分布图看出。如图3所示,当r=10nm,WF=4eV时,MFP在反向电压为217V(击穿电压)附近对电势具有有效的钳位作用。可以看到MFP的阴极一侧的电势高达93.3V,而Γ型阳极中金属-2DEG结和金属-AlGaN结分别只承受了V1=1.72V和V2=1.73V的电压。这说明MFP有效地保护了Γ型阳极,同时Γ型阳极中金属-AlGaN结也起到电容作用对下方的电势有进一步的降低作用。
GA-SBD的电势分布  
图3 GA-SBD的电势分布
GA-SBD沿着沟道处的电势分布  
图4 GA-SBD沿着沟道处的电势分布
  对上述所有仿真样在击穿前后沿着沟道处的电势进行提取,可以得到如图4所示的电势分布。从图4可看出,沿着沟道处的电势在MFP的阴极一侧骤降至接近0V,这使得Γ型阳极所承受的反向电压仅在1V到2V附近。这证明了所提出的的GA-SBD器件具有有效的反向阻断能力。
不同MFP长度下GA-SBD的BV  
图5 不同MFP长度下GA-SBD的BV
  进一步地,针对MFP长度的变化对BV的影响进行研究,设置MFP长度从1μm到2.5μm以步长0.5μm变化。利用上文提到的准静态仿真手段仿真并提取BV,其结果如图5所示。可以看到MFP越长,GA-SBD耐压能力越强。而特别需要提到的一点是,正如前文所证明的,在GA-SBD中MFP属于浅凹槽结构,因此其长度的增加并不会使下方沟道的导电能力恶化。然而,本节并没有详细讨论考虑逐渐增长并接近阴极的MFP和阴极的相互影响。从工艺的角度考虑,当MFP逐渐接近阴极时,沟道处的耗尽区难以有效承担反向电压,即MFP的漏电将会是器件漏电的主要部分,此时增加MFP并不会对整个器件BV的增加有帮助。

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