【摘要】：GaN功率器件的出現(xiàn)是全球半導(dǎo)體工業(yè)在第一代半導(dǎo)體材料理論極限不斷逼近的今天做出的偉大嘗試,也是歷史發(fā)展的必然。GaN功率器件在5G應(yīng)用、快速充電、AI智能等未來領(lǐng)域?qū)鹘y(tǒng)硅(Si)芯片的取代與廣泛應(yīng)用的逐步實(shí)現(xiàn),使得GaN功率器件相關(guān)研究成為吸引世界目光的前沿與熱點(diǎn)。而GaN整流器作為GaN功率器件中必不可少的一環(huán),憑借其在清潔能源應(yīng)用系統(tǒng)、微波傳能等方面的重要應(yīng)用,其研究與制備同樣將在GaN功率器件發(fā)展版圖中的占據(jù)重要的一席之地。本論文從AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與器件制備兩個(gè)角度出發(fā)圍繞GaN整流器性能進(jìn)行研究,主要研究成果如下:1.通過緩沖層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在Si(111)襯底上實(shí)現(xiàn)AlGaN/GaN單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)外延生長,并通過多種表征手段進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析,分析結(jié)果可知:通過本論文外延生長得到的AlGaN/GaN單異質(zhì)結(jié)外延結(jié)構(gòu)中,AlGaN勢壘層厚度為17.91 nm,層內(nèi)Al摩爾組分為25.08%,面內(nèi)弛豫系數(shù)17.48%,處于強(qiáng)應(yīng)變狀態(tài)。AlGaN/GaN單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)電學(xué)性能良好,適用于GaN功率器件制備。2.以AlGaN/GaN單異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)依次在結(jié)構(gòu)中引入AlN插入層、GaN蓋帽層以及Mg摻雜與C摻雜兩種半絕緣化GaN插入層,通過結(jié)構(gòu)分析在材料角度上研究不同插入層對(duì)AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)特性的影響。隨后使用不同AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延片進(jìn)行GaN整流器器件制備,從器件角度驗(yàn)證不同外延結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能影響。3.以性能最佳AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)外延片作為結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),通過對(duì)器件電極圖案設(shè)計(jì)與結(jié)終端結(jié)構(gòu)引入兩方面工作入手,實(shí)現(xiàn)了正向比導(dǎo)通電阻為11.17 mΩ/sq,-20 V反偏電壓下漏電電流大小為5.6×10~(-5) A的GaN整流器制備。
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文GaN 為例，III 族氮化物的晶體結(jié)構(gòu)一般有三種：六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)（α 相）、立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)（β 相）以及正方巖鹽礦結(jié)構(gòu)，如圖 1-1 所示。其中六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)為熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)結(jié)構(gòu)，其余兩種均為亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，單晶 III 族氮化物薄膜中只觀察到六方纖鋅礦與立方閃鋅礦結(jié)構(gòu)，在極端高壓條件下才能出現(xiàn)巖鹽礦結(jié)構(gòu)[1]。立方閃鋅礦 III 族氮化物相比于缺乏反演對(duì)稱性的六方纖鋅礦 III 族氮化物材料而言具有諸如載流子體遷移率高[2]、更容易實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量摻雜[3]等更優(yōu)越的電學(xué)性能，然而由于其結(jié)構(gòu)處于熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)，單晶制備困難，易發(fā)生分相且產(chǎn)物性質(zhì)受制備條件影響無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定制備等原因無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。目前對(duì)于 GaN 功率器件研究中所用 III 族氮化物材料主要為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)為主，本論文中所研究 III 族氮化物材料薄膜結(jié)構(gòu)同樣為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)。

第一章 緒論極化電場，導(dǎo)致壓電極化效應(yīng)（Piezoelectric Polarization，PPZ）的發(fā)生。不同形式在 III 族氮化物晶格中產(chǎn)生的晶格形變不同，導(dǎo)致其引起的極化大小和方變。當(dāng)晶格受到外加張應(yīng)力時(shí)，面內(nèi)晶格常數(shù) a 增大而軸向晶格常數(shù) c 減小，方向與晶格內(nèi)自發(fā)極化方向相同；當(dāng)晶格受到外加壓應(yīng)力時(shí)，內(nèi)晶格常數(shù) a 減晶格常數(shù) c 增大，壓電極化方向與晶格內(nèi)自發(fā)極化方向相反。III 族氮化物受其對(duì)成鍵高離子性的影響，，其壓電極化系數(shù)要比同 III-V 族氮化物材料高一個(gè)數(shù)結(jié)結(jié)構(gòu)性能受膜層應(yīng)力狀態(tài)調(diào)制，以其為工作結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的 GaN 功率器件便是氮化物異質(zhì)結(jié)的此類特性實(shí)現(xiàn)其優(yōu)越的器件特性。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TM461

【參考文獻(xiàn)】

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2 孫以材,張林在;用改進(jìn)的Van der Pauw法測定方形微區(qū)的方塊電阻[J];物理學(xué)報(bào);1994年04期

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3 王昊;高阻緩沖層與高遷移率GaN基HEMT材料生長研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

本文編號(hào)：2705830