电力电子技术基本主导了当前能源工业和国防工业等工业应用的发展,AlGaN/GaN HEMT开关器件作为宽禁带半导体器件的典型代表,由于其优异的性能在电力电子技术的发展中具有举足轻重的作用。AlGaN/GaN HEMT开关器件因其独特的器件结构和较高的原子位移能,使其在电机驱动系统等高频高速应用领域及空间卫星等空间应用中具有十分广阔的发展前景。但在实际工作过程中,AlGaN/GaN HEMT开关器件由于受到高频、高压和复杂辐照环境等极端使用条件影响,容易使器件产生可靠性问题。因此,开展AlGaN/GaN HEMT开关器件在极限应力和辐照环境下的性能退化和失效机理研究,对于提高器件的应用可靠性具有十分重要的意义。本论文在此背景下,以商用P-GaN栅结构AlGaN/GaN HEMT为例,提出了一种结合关键电学参数测试和微区缺陷提取技术的可靠性分析方法,从短路电流、非钳位感性开关、静电放电应力等极限应力和高能质子、快重离子、60Coγ射线等辐照环境两方面出发,开展器件极限应力下的可靠性及辐照效应技术研究。通过深入分析AlGaN/GaN HEMT器件极限应力下可靠性与辐射效应下的关键参数退化规律,揭示器件性能退化和损伤物理机制。本论文的研究工作和成果如下:1.极限应力对AlGaN/GaN异质结结构GaN HEMT开关器件性能影响研究。选取两种有效评估器件异质结结构可靠性的典型试验方法,开展了重复短路电流应力和非钳位感性开关应力试验,结合电学参数测试和低频噪声表征方法,研究了器件的性能退化行为并深入探究了相关物理机理。器件在应力后的性能退化是由于应力试验过程中的高电压和大电流在器件沟道中产生了热电子效应,被器件内部的P-GaN层和AlGaN势垒层中缺陷捕获,退火过程中捕获的电子被释放,电子被捕获和释放的过程改变了器件中的载流子浓度,造成器件电学特性和低频噪声特性的变化和恢复。2.静电放电应力对P-GaN栅结构GaN HEMT开关器件性能影响研究。提出一种反映器件实际使用状态的可靠性研究方法,开展器件栅极施加负电压的重复静电放电应力试验,深入研究了器件相关退化机理。重复TLP（Transmission Line Pulse）应力脉冲后器件电性能发生严重退化,内部缺陷密度下降超过1个数量级,是由于TLP应力试验时从器件的栅极注入大量电子,填充了器件P-GaN层和AlGaN势垒层中缺陷,对器件沟道中2DEG（Two-dimensional Electron Gas）中电子产生耗尽作用,造成器件性能退化,退火试验后填充缺陷的电子被释放,器件性能恢复。3.AlGaN/GaN HEMT开关器件单粒子辐照效应研究。开展了相同注量、不同能量的高能质子辐照试验和快重离子辐照试验,模拟器件实际使用辐照环境,提出针对AlGaN/GaN HEMT开关器件的低注量单粒子辐照试验方法,研究了器件在低注量高能质子和Bi快重离子下的电性能退化行为,结合TCAD（Technology Computer Aided Design）仿真分析了器件单粒子辐照效应损伤机理。器件的高能质子辐照损伤物理机制是由于低注量的质子入射器件结构后,会与器件结构中的电子和带负电缺陷陷阱结合,减小器件中的缺陷陷阱密度,因此,器件性能发生一定程度的改善。器件的重离子辐照损伤机理是由于感生出深能级辐照缺陷,通过载流子去除效应降低器件结构中的载流子浓度,同时深能级缺陷捕获电子后降低了载流子迁移率,因此,器件性能在重离子辐照后发生退化。4.AlGaN/GaN HEMT开关器件60Coγ射线辐照总剂量效应研究。开展了器件栅极加正电压、负电压和不加电三种条件下的60Coγ射线总剂量辐照试验,充分模拟器件各种实际工作条件,研究了一种AlGaN/GaN HEMT开关器件辐照敏感参数测试技术,结合缺陷定量分析和物理仿真技术,探究了器件总剂量辐照效应失效特征与损伤机理。器件栅极电压偏置对于总剂量辐照效应具有很大影响,器件在正栅压下γ射线辐照总剂量效应的退化机理是由表面态负电荷以及氧化层和AlGaN势垒层之间的界面感应负电荷两种效应叠加导致的,界面感应负电荷起主要作用。负栅压条件下辐照后器件的性能退化主要是由表面态负电荷引起的,表面态不稳定,因此容易通过退火恢复。不加电条件下辐照前后器件的性能没有发生变化,这是由于辐照产生的电子空穴对很快复合。本文的研究成果为进一步提高AlGaN/GaN HEMT开关器件的应用可靠性、改善器件工艺和结构提供了一定的技术参考。