本文關(guān)鍵詞： GaN HEMT 二維電子氣 接觸區(qū)電阻 極化庫侖場散射　出處：《山東大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管由于其具有的良好特性,特別適用于高頻和大功率領(lǐng)域的應(yīng)用。由于目前GaN HEMT器件制備所采用的非自對(duì)準(zhǔn)工藝,器件結(jié)構(gòu)上存在接觸區(qū),因而器件存在源端接觸區(qū)電阻Rsa和漏端接觸區(qū)電阻Rda,它們又分別與器件的源端和漏端歐姆接觸電阻Rsc、Rdc組成寄生串聯(lián)電阻Rs和RD。電阻Rsa和Rda對(duì)于AlGaN/GaN HEMT器件的輸出特性具有重要的影響。器件源端接觸區(qū)電阻Rsa隨著漏極電流的增加而非線性的增加的現(xiàn)象限制著器件的輸出跨導(dǎo)、頻率特性、線性度和效率。盡管源端接觸區(qū)電阻變化產(chǎn)生的機(jī)制非常重要,但其隨著漏極電流增加的原因還不是特別清楚,需要進(jìn)一步的研究。AIN/GaN異質(zhì)結(jié)由于其相對(duì)于其它的Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)具有更強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng),因此其異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣密度達(dá)到了Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)中最高的理論值。由于AlN勢壘層相對(duì)更薄,這一點(diǎn)對(duì)于抑制短溝道效應(yīng)具有幫助,因此AIN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的HEMT在制備更短?hào)砰L的器件領(lǐng)域應(yīng)用更有優(yōu)勢。載流子散射機(jī)制對(duì)于AIN/GaN HEMT的輸出特性具有重要的影響,因此更加全面地理解各散射機(jī)制對(duì)電子遷移率的影響,對(duì)器件的設(shè)計(jì)和制備的優(yōu)化具有一定的幫助。溫度對(duì)于散射機(jī)制具有重要影響,低溫條件對(duì)于極化庫侖場散射機(jī)制的影響之前還未有研究�；谝陨系恼撌�,本論文進(jìn)行了如下幾方面的研究：1. Virtual Source模型研究AlGaN/GaN HEMT中極化庫侖場散射對(duì)器件源端接觸區(qū)電阻Rsa的影響。應(yīng)用Virtual Source模型,模擬得到AlGaN/GaN HEMT器件的直流輸出特性曲線。通過Virtual Source模型得到器件源漏電壓為5V,不同柵極電壓條件下的源端接觸區(qū)電阻、內(nèi)部跨導(dǎo)和外部跨導(dǎo)的值。發(fā)現(xiàn)在漏極-源極偏壓一定時(shí),隨著柵極電壓的增加,漏極電流隨之增加,源端接觸區(qū)電阻Rsa隨漏極電流的增加而非線性增加,外部跨導(dǎo)相對(duì)本征跨導(dǎo)明顯降低。計(jì)算了不同柵極電壓條件對(duì)應(yīng)的AlGaN勢壘層電場隨溝道位置的變化曲線。綜合考慮不同柵極電壓條件下勢壘層受逆壓電效應(yīng)導(dǎo)致的柵下附加極化電荷變化和源端接觸區(qū)內(nèi)熱電子溫度的變化這兩種因素,極化庫侖場散射在漏極電壓一定,柵極電壓增大的過程中,極化庫侖場散射強(qiáng)度先增大后減小,因此由其導(dǎo)致的源極接觸區(qū)的電阻成分也是先增大后減小。另一方面,隨著漏極電流的增加源極接觸區(qū)內(nèi)的電場強(qiáng)度顯著增加,熱電子溫度上升,極化光學(xué)聲子散射的強(qiáng)度迅速增大。對(duì)于較大柵極電壓條件下,源極接觸區(qū)電阻隨著漏極電流的增加而增大的主要因素是極化光學(xué)聲子散射的作用。2.低溫條件下AlN/GaN HEMT中的極化庫侖場散射。制備了方形AlN/GaN HEMT器件,測試了不同低溫條件下器件的電容-電壓特性曲線、電流-電壓特性曲線,通過對(duì)電容-電壓特性曲線積分得到二維電子氣與電壓的關(guān)系,利用準(zhǔn)二維模型對(duì)器件的電流-電壓特性曲線進(jìn)行模擬,得到由柵電極與源電極之間的偏壓調(diào)制的遷移率與二維電子氣密度的關(guān)系曲線,同時(shí)利用分析模型得到由漏電極與源電極之間的偏壓調(diào)制的遷移率與二維電子氣密度的關(guān)系曲線。發(fā)現(xiàn)對(duì)于給定溫度下對(duì)應(yīng)相同的二維電子氣密度,兩種電壓調(diào)控機(jī)制作用下得到的遷移率的差值隨著溫度從250 K降低到100 K,遷移率差值逐漸增大,但是溫度降低到10K時(shí),遷移率差值又減小。通過分析得到,隨著溫度從250 K降低到100 K,極化庫侖場散射的相對(duì)強(qiáng)度逐漸增大,當(dāng)溫度繼續(xù)降低到10K時(shí)極化庫侖場散射的相對(duì)強(qiáng)度減小。
[Abstract]:Because of the non - self - aligned process adopted in the preparation of GaN HEMT devices , the contact regions are formed on the structure of the device . Because of the stronger spontaneous polarization and piezoelectric polarization effect of the source - end contact region resistance Rsa , the resistance Rsa and Rda have important influence on the output characteristics of AlGaN / GaN HEMT devices . Because of the fact that the source - end contact region resistance Rsa has a great influence on the output characteristics of AlGaN / GaN HEMT devices , the effect of the diffusion mechanisms on the electron mobility is more fully understood . The effects of polarization Coulomb field scattering in AlGaN / GaN HEMT on source - side contact region resistance Rsa are studied by using the Virtual Source model .

【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386

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