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Abstract—The threshold voltage (Vth) of p-GaN GaN-on-Si
power devices has been examined under negative-bias temperature instability (NBTI) stress conditions, and the physical
mechanisms are evaluated using 2D device simulation and experimental data. Three regimes of Vth shift (Vth) as a function
of stress time and voltage magnitude at elevated temperatures
have been investigated. Under the low gate stress condition, negative Vth follows the power-law characteristics resulting from
the electron de-trapping/injection process from the p-GaN region
to the channel. Under the mid-stress condition, a bidirectional
Vth was recognized due to spill-over electrons into the p-GaN
gate from the channel. At high gate stress, the hole accumulation at the interface between the Schottky contact and p-GaN is
responsible for the negative Vth.
Index Terms—Negative-bias temperature instability (NBTI),
p-GaN.

半导体

Wen Yang , Graduate Student Member, IEEE, and Jiann-Shiun Yuan , Senior Member, IEEE