随着宽禁带半导体器件的发展,增强型AlGaN/GaN HEMT器件受到越来越高的重视。在射频及微波领域,增强型HEMT器件有利于减小电路尺寸及成本;在数字逻辑领域,可以实现直接耦合逻辑电路,提供简化的逻辑电路形式。此外,在高压功率开关领域也有着重要的需求。通常,实现增强型HEMT器件的方法包括槽栅刻蚀法、薄势垒法、P型栅方法等。其中,在栅下注入F离子具有工艺简单、阈值电压易调节等优点,是一种重要的增强型器件实现方法。尽管前期工作中,其性能指标已经达到较高的水平。然而其可靠性问题,尤其是在典型电应力下的退化机理等,仍有待进一步明确。本文正是基于此问题开展深入研究,希望通过相关研究为F注入增强型HEMT器件长期稳定的工作提供保障,为其广泛的市场应用扫清障碍。首先,本文介绍了在蓝宝石衬底上制备F注入增强型器件的工艺。研究发现,在350℃下退火5分钟使得器件的阈值电压等略有退化,但是跨导等参数有明显的改善。基于此工艺,我们实现了增强型器件,其阈值电压为0.5V,跨导最大值为180 mS/mm,与国际同类水平接近。其次,本文研究了典型栅过载应力下F注入增强型HEMT器件的退化。实验发现,增强型器件在栅过载应力下出现明显的阈值电压负漂现象。而在耗尽型器件施加同样的栅过载应力,器件性能几乎不变。因此,可以排除势垒层材料本身的缺陷。此外,在增强型HEMT器件的栅极施加较小的正向应力,没有发现明显的电子陷阱填充,因此可以排除F注入工艺过程中在势垒层内产生缺陷的可能性。最后,我们比较了不同栅过载应力条件下,器件阈值电压漂移量与注入势垒层电子总量的关系。实验结果表明,不同的应力条件下它们的产生规律几乎一致。因此,F注入增强型HEMT器件在栅过载应力下的退化可以用F离子的碰撞去离化来解释。沟道中的高能热电子在栅过载应力下与势垒层中F离子发生碰撞,使部分F离子去离化失去负电,而导致F注入增强型器件出现阈值电压负漂。这部分去离化的F离子在自然状态下并不能恢复。进一步实验结果表明,本实验所加栅过载应力偏置下,高能热电子在注入过程中并不会产生新的电子陷阱。最后,本文研究了高场应力对增强型AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响。在关态高场应力下,器件的阈值电压在应力过程中随应力时间的增加而逐渐负向漂移,并且随着电场强度的增加而更显著。研究表明,该退化很可能是由于F离子受库伦力的作用漂移出栅下区域所致。而在开态高场应力下,器件的阈值电压在应力初期略有正漂,而后随应力时间的增加而逐渐负漂。这是由于在开态高场应力初期,沟道中的热电子填充作用占主导,它会使得势垒层或钝化层中的陷阱俘获电子,对沟道产生轻微的耗尽作用,使器件的阈值电压正漂;而后势垒层内F离子在高电场下的移动作用逐渐占据主导,最终导致器件的阈值电压负漂。最后,本文针对F注入HEMT器件在典型应力下的退化分别建立了相关的寿命预测模型。