發(fā)布時間：2018-03-21 22:19

  本文選題：太赫茲　切入點(diǎn)：GaN　出處：《西安電子科技大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：太赫茲技術(shù)是一種新興技術(shù),在很多領(lǐng)域都有誘人的應(yīng)用前景。太赫茲技術(shù)首先要解決的問題就是太赫茲輻射源,在半導(dǎo)體太赫茲輻射源中IMPATT二極管是輸出功率最大的,Si基、GaAs基IMPATT二極管由于材料本身特性的限制無法在太赫茲波段輸出大功率。GaN材料具有禁帶寬度大、飽和電子速度高、擊穿場強(qiáng)大、耐高溫等特性,非常適合制作太赫茲波段大功率IMPATT二極管。然而GaN材料一般是異質(zhì)外延,結(jié)晶質(zhì)量比較差含有大量缺陷,并且GaN材料高濃度高質(zhì)量的p型摻雜非常困難,很難形成良好的p型歐姆接觸,接觸電阻過大可導(dǎo)致器件不能出現(xiàn)負(fù)阻效應(yīng),基于上述原因目前GaN基IMPATT二極管還沒有實(shí)現(xiàn),還處于仿真研究階段。以前研究的都是pn結(jié)類型的GaN基IMPATT二極管,本文提出一種帶有雪崩終止層的肖特基勢壘IMPATT二極管。采用肖特基勢壘代替pn結(jié)避免了GaN高摻雜的p型歐姆接觸區(qū),而且金屬熱導(dǎo)率更高有利于器件散發(fā)熱量,電阻率更低有利于減小串聯(lián)電阻。為了形成肖特基接觸雪崩區(qū)摻雜濃度比較低。雪崩終止層是高摻雜的n型層,電場強(qiáng)度在雪崩終止層處顯著下降從而使雪崩在此處終止。與沒有雪崩終止層的IMPATT二極管相比,它可以在更低的電壓下發(fā)生雪崩擊穿,降低直流功耗,產(chǎn)生更少的熱量。本文在Silvaco TCAD的Atlas仿真平臺上對IMPATT二極管的雪崩擊穿電壓、電場分布、碰撞產(chǎn)生率、電子漂移速度等靜態(tài)特性進(jìn)行仿真研究。研究了IMPATT二極管的雪崩區(qū)和雪崩終止層的摻雜濃度及尺寸對靜態(tài)特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)雪崩區(qū)和雪崩終止層摻雜濃度升高時雪崩擊穿電壓降低,但雪崩終止層摻雜濃度對擊穿電壓影響更大。雪崩區(qū)和雪崩終止層的尺寸減小時雪崩擊穿電壓增大,但雪崩終止層的尺寸影響更大一些。雪崩終止層摻雜濃度越高,電場強(qiáng)度在雪崩終止層下降量越大;雪崩區(qū)的摻雜濃度越高,漂移區(qū)電場強(qiáng)度的下降速率越大。雪崩終止層長度增加時電場強(qiáng)度在此下降量增加,因而漂移區(qū)電場強(qiáng)度降低;雪崩區(qū)長度增加時雪崩區(qū)和漂移區(qū)的電場強(qiáng)度同時降低。碰撞產(chǎn)生率及漂移區(qū)電子漂移速度受電場強(qiáng)度影響。如果雪崩終止層內(nèi)電場強(qiáng)度下降的比較少,則漂移區(qū)的電場強(qiáng)度太高,導(dǎo)致漂移區(qū)的碰撞產(chǎn)生率比較大,雪崩區(qū)就會向漂移區(qū)擴(kuò)展。如果漂移區(qū)的電場強(qiáng)度太低則電子漂移速度就不會飽和。根據(jù)IMPATT二極管直流功耗不能太大、漂移區(qū)電子漂移速度要飽和、雪崩區(qū)不能延伸進(jìn)入漂移區(qū)等原則,本文確定了一組合適的器件參數(shù),為接下來的動態(tài)分析打下基礎(chǔ)。本文在Silvaco TCAD的混合仿真平臺上對IMPATT二極管的動態(tài)特性進(jìn)行仿真。IMPATT二極管的偏置電路采用電壓驅(qū)動型的。首先根據(jù)IMPATT二極管的參數(shù)確定了偏置電路的參數(shù),以使偏置電路與器件匹配,在偏置電路的驅(qū)動下IMPATT二極管產(chǎn)生了160GHz的振蕩波形,交流電流滯后于交流電壓93°左右,交流負(fù)阻大約為-5.7Ω。然后研究了一個周期內(nèi)器件內(nèi)部的電勢、電場、電離系數(shù)、電子濃度、空穴濃度等參數(shù)隨時間的變化。雪崩階段電場強(qiáng)度比較高、電離系數(shù)比較大,雪崩區(qū)電子濃度迅速增加,漂移區(qū)只在其末端殘留一些電子并逐漸被歐姆接觸區(qū)吸收;漂移階段電場強(qiáng)度比較低,電離系數(shù)比較小,雪崩倍增基本上停止,雪崩區(qū)載流子濃度迅速減小,漂移區(qū)電子波包以飽和速度向歐姆接觸區(qū)漂移。還研究了直流偏置電壓、交流電壓振幅、器件工作頻率對射頻功率、轉(zhuǎn)換效率的影響,振幅增加器件性能有顯著的提升,直流偏置電壓增加器件性能緩慢增加,器件的性能隨著工作頻率的增加而迅速下降。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN31

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 Aritra Acharyya;Aliva Mallik;Debopriya Banerjee;Suman Ganguli;Arindam Das;Sudeepto Dasgupta;J.P.Banerjee;;Large-signal characterizations of DDR IMPATT devices based on group Ⅲ Ⅴ semiconductors at millimeter-wave and terahertz frequencies[J];Journal of Semiconductors;2014年08期

2 趙國忠;;太赫茲科學(xué)技術(shù)研究的新進(jìn)展[J];國外電子測量技術(shù);2014年02期

3 劉盛綱;鐘任斌;;太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的新發(fā)展[J];電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2009年05期

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本文編號：1645818