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  我们对常规AlGaN/GaN HEMT器件进行相关测试,其中AlGaN势垒层材料的Al组分为0.3,衬底选用的是两英寸的蓝宝石(Al 3 O 2 )基片,采用MOCVD方法在衬底材料的(0001)面上进行异质外延生长。具体生长过程依次为:首先在蓝宝石衬底上生长40nm厚的AlN作为成核层,然后生长厚度为1.3µm的本征GaN缓冲层,接着再生长1nm的AlN插入层,最后生长厚度为25nm的Al 0.3 Ga 0.7 N势垒层和1.5nm的GaN帽层。生长得到的GaN HEMT其结构参数依次为:栅长Lg=0.5µm,栅宽W=50µm,源、漏间距Lsd=4µm,栅、源距离Lgs=0.9µm。
 
  在本次实验中,我们主要利用Lakeshore TTPX低温探针台进行器件测试温度的控制,并且文中所涉及到的所有温度变化过程都是通过相同的步骤完成:即先将探针台腔体内的温度降低至液氮的极限值77K,然后再依次升高到各个温度点进行测试。
 
  对上述样品进行输出特性测试,温度从77K逐渐增大到300K,漏极电压取值范围为0V~10V,栅压从-6V~2V,步阶Vstep=1V。图1给出了室温下该器件的输出曲线,从图中可以看到,栅压控制着器件的导通和关断,当Vg=-5V时,输出电流接近于0,沟道未开启。随着栅压不断增大,沟道逐渐开启,输出电流随着漏极电压的增大先线性增大而后趋于饱和,并且在饱和区出现了因自热效应引起的负阻现象。
常规GaN HEMT器件室温下输出特性曲线  
图1 常规GaN HEMT器件室温下输出特性曲线
 
  图2(a)和(b)中分别给出了Vg=2V和Vg=0V时77K、100K、150K、200K、250K、300K共六个温度点下器件的输出特性曲线。从中可以看到,左右两图表现出基本相同的变化规律,即在器件工作温度从300K降低到100K过程中,输出电流不断增大,然而,当温度从100K降低到77K,输出电流却出现了一定程度的减小,即输出电流在T=100K时取得了最大值。再者,从图中可以看到,随着温度的降低,饱和区电流崩塌现象变得更加明显。另外,图3中给出了栅压从-4V增大到2V时最大饱和电流随温度的变化曲线。可以看到,栅压一定时,随着温度的减小,最大饱和电流表现出和图2相同的规律。另外,漏极电流随温度降低所呈现出的变化规律主要与源、漏欧姆接触电阻以及2DEG的迁移率和浓度随温度的变化相关,进一步的解释将在后面的文章给出。
变温输出曲线  
最大饱和电流变温曲线  
图3 最大饱和电流变温曲线

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