【摘要】：寬禁帶半導(dǎo)體Ga N(氮化鎵)是目前在高溫、高頻、大功率微波領(lǐng)域等飛速發(fā)展的第三代半導(dǎo)體材料的代表。它具有熱導(dǎo)率高、擊穿場強(qiáng)高、電子漂移速率高、耐高溫、耐腐蝕、以及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。與Ga As(砷化鎵)以及Si(硅)等前兩代半導(dǎo)體材料相比,氮化鎵這些特有的優(yōu)異性能使其廣泛應(yīng)用于高溫、高頻、大功率、光電子等領(lǐng)域。本工作首先簡單地介紹了Ga N基HEMT在國內(nèi)外的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀,概括了氮化鎵材料的特性及特征,并且系統(tǒng)地介紹了Al Ga N/Ga N HEMT的原理與結(jié)構(gòu)。文章突出描述了Al Ga N/Ga N異質(zhì)結(jié)所特有的二維電子氣以及極化效應(yīng),并對其存在的原理進(jìn)行了研究。本工作的研究核心是利用ATLAS軟件建立Al Ga N/Ga N HEMT的器件模型,通過合理地改變器件柵漏間距、柵長等參數(shù)及有無場板、襯底組成等結(jié)構(gòu),來進(jìn)行Al Ga N/Ga N HEMT性能的模擬研究。通過模擬表明Al Ga N/Ga N HEMT器件性能與柵漏間距、柵長、場板結(jié)構(gòu)、襯底材料、自熱效應(yīng)等之間的關(guān)系,并通過對得到的模擬結(jié)果進(jìn)行深入的討論和分析得到優(yōu)化的器件設(shè)計(jì)。結(jié)果表明:減小柵長,可以減小器件的閾值電壓,增大器件的漏極電流,從而改善器件的I-V特性和轉(zhuǎn)移特性;柵漏間距直接影響著器件的等效電阻,在線性區(qū),柵漏間距越大漏極電流就越小,但柵漏間距不影響飽和區(qū)電流和閾值電壓;場板結(jié)構(gòu)可以減小器件的漏極電流,增大器件的擊穿電壓并能有效地抑制電流崩塌效應(yīng);作為襯底材料藍(lán)寶石比Si及金剛石組成的襯底自熱效應(yīng)更加嚴(yán)重;同時(shí)Si及金剛石組成的襯底中減小Si層的厚度有利于減小器件的自熱效應(yīng),降低有源區(qū)最高溫度。由于Al Ga N/Ga N HEMT的研究還不成熟,電流崩塌效應(yīng)、自熱效應(yīng)等問題的存在會導(dǎo)致Al Ga N/Ga N HEMT器件的退化和失效,本文通過改變器件參數(shù)及尺寸以及器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化了Ga N基HEMT器件的設(shè)計(jì),達(dá)到了提高器件性能的目的。
[Abstract]:Gan (wide band gap semiconductor) is the representative of the third generation semiconductor materials which are developing rapidly in the field of high temperature, high frequency, high power microwave and so on. It has the advantages of high thermal conductivity, high breakdown field strength, high electron drift rate, high temperature resistance, corrosion resistance and chemical stability. Compared with GaAs (GaAs) and Si (Si) semiconductors, gallium nitride is widely used in the fields of high temperature, high frequency, high power, optoelectronics and so on. Firstly, the development history and research status of gan based HEMT at home and abroad are briefly introduced, the characteristics and characteristics of gan materials are summarized, and the principle and structure of Al Ga N / Ga N HEMT are systematically introduced. In this paper, the unique two-dimensional electron gas and polarization effects of Al Ga N / Ga N heterojunction are described, and the principle of their existence is studied. The core of this work is to establish the device model of Al Ga N / Ga N HEMT by using ATLAS software, and to simulate and study the performance of Al Ga N / Ga N HEMT by reasonably changing the gate leakage distance, gate length, structure of field board and substrate composition. The simulation results show the relationship between the performance of Al Ga N / Ga N HEMT devices and gate leakage spacing, gate length, field plate structure, substrate material, self-heating effect, etc. The optimized device design is obtained by in-depth discussion and analysis of the simulation results. The results show that decreasing the gate length can reduce the threshold voltage of the device and increase the drain current of the device, thus improving the I-V characteristic and the transfer characteristic of the device, and the gap between the gate and the drain directly affects the equivalent resistance of the device in the linear region. The larger the gate leakage distance, the smaller the drain current, but the gap does not affect the saturation current and threshold voltage, the field plate structure can reduce the drain current, increase the breakdown voltage and effectively suppress the current collapse effect. The self-heating effect of sapphire substrate is more serious than that of Si and diamond, and decreasing the thickness of Si layer in the substrate composed of Si and diamond can reduce the self-heating effect of the device and reduce the maximum temperature in the active region. Due to the immature study of Al Ga N / Ga N HEMT, the problems of current collapse and self-heating effect will lead to the degradation and failure of Al Ga N / Ga N HEMT devices. In this paper, the design of gan based HEMT device is optimized by changing the device parameters and size as well as the device structure. The purpose of improving the performance of the device is achieved.
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳勇波;周建軍;徐躍杭;國云川;徐銳敏;;GaN高電子遷移率晶體管高頻噪聲特性的研究[J];微波學(xué)報(bào);2011年06期

2 張保平;蔡麗娥;張江勇;李水清;尚景智;王篤祥;林峰;林科闖;余金中;王啟明;;GaN基垂直腔面發(fā)射激光器的研制[J];廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年05期

3 汪連山,劉祥林,岳國珍,王曉暉,汪度,陸大成,王占國;N型GaN的持續(xù)光電導(dǎo)[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);1999年05期

4 趙麗偉;滕曉云;郝秋艷;朱軍山;張帷;劉彩池;;金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積生長的GaN膜中V缺陷研究[J];液晶與顯示;2006年01期

5 張進(jìn)城;董作典;秦雪雪;鄭鵬天;劉林杰;郝躍;;GaN基異質(zhì)結(jié)緩沖層漏電分析[J];物理學(xué)報(bào);2009年03期

6 陳裕權(quán);;歐洲通力合作發(fā)展GaN技術(shù)[J];半導(dǎo)體信息;2009年04期

7 張金風(fēng);郝躍;;GaN高電子遷移率晶體管的研究進(jìn)展[J];電力電子技術(shù);2008年12期

8 唐懿明;;電注入連續(xù)波藍(lán)光GaN基垂直腔面發(fā)射激光器[J];光機(jī)電信息;2008年08期

9 Tim McDonald;;基于GaN的功率技術(shù)引發(fā)電子轉(zhuǎn)換革命[J];中國集成電路;2010年06期

10 陳裕權(quán);;日本GaN基器件研究進(jìn)展[J];半導(dǎo)體信息;2004年02期

相關(guān)會議論文 前10條

1 陳勇波;周建軍;徐躍杭;國云川;徐銳敏;;GaN高電子遷移率晶體管高頻噪聲特性的研究[A];2011年全國微波毫米波會議論文集（下冊）[C];2011年

2 金豫浙;曾祥華;胡益佩;;γ輻照對GaN基白光和藍(lán)光LED的光學(xué)和電學(xué)特性影響[A];二00九全國核反應(yīng)會暨生物物理與核物理交叉前沿研討會論文摘要集[C];2009年

3 魏萌;王曉亮;潘旭;李建平;劉宏新;肖紅領(lǐng);王翠梅;李晉閩;王占國;;高溫AlGaN緩沖層的厚度對Si(111)基GaN外延層的影響[A];第十一屆全國MOCVD學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

4 王文軍;宋有庭;袁文霞;曹永革;吳星;陳小龍;;用Li_3N和Ga生長塊狀GaN單晶的生長機(jī)制[A];第七屆北京青年科技論文評選獲獎(jiǎng)?wù)撐募痆C];2003年

5 劉福浩;許金通;王玲;王榮陽;李向陽;;GaN基雪崩光電二極管及其研究進(jìn)展[A];第十屆全國光電技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C];2012年

6 王曦;孫佳胤;武愛民;陳靜;王曦;;新型硅基GaN外延材料的熱應(yīng)力模擬[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（10）[C];2007年

7 高飛;熊貴光;;GaN基量子限制結(jié)構(gòu)共振三階極化[A];第五屆全國光學(xué)前沿問題研討會論文摘要集[C];2001年

8 凌勇;周赫田;朱星;黃貴松;黨小忠;張國義;;利用近場光譜研究GaN藍(lán)光二極管的雜質(zhì)發(fā)光[A];第五屆全國STM學(xué)術(shù)會議論文集[C];1998年

9 王連紅;梁建;馬淑芳;萬正國;許并社;;GaN納米棒的合成與表征[A];第六屆中國功能材料及其應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（6）[C];2007年

10 陳寵芳;劉彩池;解新建;郝秋艷;;HVPE生長GaN的計(jì)算機(jī)模擬[A];第十六屆全國半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2007年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 銀河證券 曹遠(yuǎn)剛;春蘭股份 開發(fā)GaN 又一方大[N];中國證券報(bào);2004年

2 ;松下電器采用SiC基板開發(fā)出新型GaN系高頻晶體管[N];中國有色金屬報(bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 趙景濤;GaN基電子器件勢壘層應(yīng)變與極化研究[D];山東大學(xué);2015年

2 毛清華;高光效硅襯底GaN基大功率綠光LED研制[D];南昌大學(xué);2015年

3 龔欣;GaN異質(zhì)結(jié)雙極晶體管及相關(guān)基礎(chǔ)研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

4 徐波;GaN納米管的理論研究及GaN緊束縛勢模型的發(fā)展[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2007年

5 李亮;GaN基太赫茲器件的新結(jié)構(gòu)及材料生長研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

6 王虎;藍(lán)寶石襯底上AlN薄膜和GaN、InGaN量子點(diǎn)的MOCVD生長研究[D];華中科技大學(xué);2013年

7 高興國;GaN基稀磁半導(dǎo)體薄膜的制備與性能研究[D];山東師范大學(xué);2014年

8 欒崇彪;GaN基電子器件中極化庫侖場散射機(jī)制研究[D];山東大學(xué);2014年

9 周圣軍;大功率GaN基LED芯片設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 呂玲;GaN基半導(dǎo)體材料與HEMT器件輻照效應(yīng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 徐新兵;基于GaN納米線鐵電場效應(yīng)晶體管及相關(guān)電性能[D];華南理工大學(xué);2015年

2 周金君;溫度對GaN（0001）表面生長吸附小分子SrO、BaO和Ti0_2影響的理論研究[D];四川師范大學(xué);2015年

3 艾明貴;星載GaN微波固態(tài)功率放大器的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心);2015年

4 王玉堂;Virtual Source模型模擬分析GaN基電子器件特性研究[D];山東大學(xué);2015年

5 井曉玉;壘結(jié)構(gòu)對硅襯底GaN基綠光LED性能的影響[D];南昌大學(xué);2015年

6 徐政偉;硅襯底GaN基LED光電性能及可靠性研究[D];南昌大學(xué);2015年

7 肖新川;GaN微波寬帶功率放大器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2014年

8 郭潔;Ce摻雜GaN納米結(jié)構(gòu)的制備及物性研究[D];新疆大學(xué);2015年

9 尹成功;毫米波GaN基HEMT小信號建模和參數(shù)提取[D];電子科技大學(xué);2014年

10 馮嘉鵬;GaN基HEMT器件的性能研究與設(shè)計(jì)優(yōu)化[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

，

本文編號：2133504