高性能三栅极GaN MIS-HEMT结构，采用掺镧的混合铁电材料作为电荷陷阱栅极堆栈

《IEEE Transactions on Electron Devices》：High-Performance Tri-Gate GaN MIS-HEMT With a Lanthanum-Doped Hybrid Ferroelectric Charge-Trap Gate-Stack

基于镧掺杂Hf0.5Zr0.5O2门堆和1纳米ZrO2种子层的三栅E模式GaN MIS-HEMT实现4.85V阈值电压和0.69mΩ·cm2导通电阻，漏极饱和电流达869mA/mm，耐压805V且TDDB寿命达13.78V（1%失效）。

　　

摘要：

本研究展示了一种高性能的E模式GaN MIS-HEMT晶体管，该器件采用了三栅极结构，并使用了经过铁电工程处理的（掺镧的）La-doped Hf0.5Zr0.5O2（HZLO）栅极堆栈（FEG），同时引入了1纳米厚的ZrO2种子层（SL）。三栅极设计实现了更优异的静电控制性能；La掺杂增强了铁电（FE）极化效应和栅极击穿性能，而ZrO2种子层则提高了晶体质量并降低了热耗。所制备的器件在W = 80 nm时，其VTH（阈值电压）为4.85 ± 0.2 V，DS-MAX（最大漏电流）为869 ± 12 mA/mm（比平面E模式器件高出约40%），关断状态下的击穿电压为805 V。此外，该器件的导通电阻（ON-SP）仅为0.69 mΩ·cm2，具有优异的电气性能。长期可靠性得到了验证：经过十年时间后，VTH仍保持稳定（为3.34 V），栅极击穿电压为24.87 V，且时间依赖的介电击穿（TDDB）寿命非常优异（在1%的故障率下为13.78 V）。这些结果凸显了FEG三栅极GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）在功率开关应用中的巨大潜力。