【摘要】：GaN材料由于具有帶隙寬、臨界擊穿電場(chǎng)高、飽和電子漂移速度高等優(yōu)秀的材料特性,使GaN基器件在耐壓和微波領(lǐng)域成為了研究熱點(diǎn)。為了解決GaN基器件柵極漏側(cè)附近電場(chǎng)集聚的問題,提升其擊穿電壓,本文提出了電偶極層GaN基耐壓新結(jié)構(gòu)(DL_HEMT),并對(duì)其進(jìn)行了仿真優(yōu)化。該器件的主要特點(diǎn)是在柵極和漏極之間的鈍化層中引入了具有極化效應(yīng)的電偶極層,該電偶極層所用材料為AlGaN。電偶極層的引入使GaN基器件電偶極層下方溝道中的2DEG被部分耗盡,從而調(diào)制了溝道中的電場(chǎng)分布,使器件的擊穿電壓得以提升。為了獲得DL_HEMT器件的最大優(yōu)值FOM,對(duì)該器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別進(jìn)行了優(yōu)化仿真。根據(jù)仿真結(jié)果得出,當(dāng)電偶極層與柵極漏側(cè)之間的間距LGD為0μm、AlGaN電偶極層的Al組分為0.2、電偶極層的長(zhǎng)度LD為4μm時(shí)該GaN基DL_HEMT器件取得了最大的優(yōu)值FOM。此時(shí),該GaN基DL_HEMT器件的擊穿電壓BV和導(dǎo)通電阻RON分別為1055V和0.424mΩ·cm2,計(jì)算得到的最大的優(yōu)值FOM的值為2.62 GW/cm2。較常規(guī)結(jié)構(gòu)而言,其擊穿電壓BV提升了113%,優(yōu)值FOM提升了260%。為了提升GaN基MIS-HEMT的頻率特性,本文提出具有高-K低-K復(fù)合柵介質(zhì)層結(jié)構(gòu)(CGD)的AlGaN/GaN MIS-HEMT,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化仿真。由于CGD結(jié)構(gòu)的引入,該器件的柵極下方溝道中高-K低-K界面處的電場(chǎng)不連續(xù),形成了一個(gè)電場(chǎng)峰值,從而調(diào)制了器件柵極下方溝道中的電場(chǎng)分布,提升了2DEG的漂移速度,使得器件的直流特性和頻率特性得以提升。通過對(duì)GaN基常規(guī)器件(SGD)和GaN基CGD器件的直流特性和頻率特性的對(duì)比仿真得出,相比于GaN基SGD器件,當(dāng)GaN基CGD器件引入的低-K柵介質(zhì)層的長(zhǎng)度l為150nm時(shí),其直流特性參數(shù)gm、Ids較GaN基SGD器件分別提升了6.9%和10.5%,同時(shí),該器件的頻率特性參數(shù)fT、fmax相較于GaN基SGD器件分別提升了18.5%和14.7%。而通過對(duì)GaN基CGD器件的優(yōu)化仿真得到,對(duì)于g醭g為250nm的該器件,當(dāng)器件引入的低-K柵介質(zhì)的長(zhǎng)度l為150nm時(shí),該器件獲得最優(yōu)的直流特性和頻率特性。
[Abstract]:Due to its excellent material characteristics such as wide band gap, high critical breakdown electric field and high drift velocity of saturated electrons, GaN based devices have become a hot research area in the field of voltage and microwave. In order to solve the problem of electric field agglomeration near the gate drain side of GaN devices and increase its breakdown voltage, a novel dipole layer GaN based voltage-resistant structure (DL_HEMT) is proposed and optimized by simulation. The main feature of the device is the introduction of a polarization effect electric dipole layer in the passivation layer between the gate and drain. The material used in the dipole layer is AlGaN.. The introduction of the electric dipole layer partially depletes the 2DEG in the channel beneath the dipole layer of the GaN device, which modulates the electric field distribution in the channel and raises the breakdown voltage of the device. In order to obtain the maximum optimum FOM, of DL_HEMT device, the structure parameters of the device are optimized and simulated. According to the simulation results, when the distance between the electric dipole layer and the gate drain side LGD is 0 渭 m, the Al component of the electric dipole layer is 0.2, and the length of the dipole layer is 4 渭 m, the GaN based DL_HEMT device obtains the best value FOM.. At this time, the breakdown voltage BV and on-resistance RON of the GaN based DL_HEMT device are 1055V and 0.424m 惟 cm2, respectively. The maximum value of FOM calculated is 2.62 GW/cm2.. Compared with the conventional structure, the breakdown voltage (BV) and the excellent value (FOM) increased by 113 and 260, respectively. In order to improve the frequency characteristics of GaN based MIS-HEMT, the AlGaN/GaN MIS-HEMT, with high K low K composite gate dielectric layer structure (CGD) is proposed and optimized by simulation. Because of the introduction of CGD structure, the electric field at the high K low K interface in the channel beneath the gate of the device is discontinuous, which forms a peak electric field, which modulates the electric field distribution in the channel below the gate, and increases the drift speed of 2DEG. The DC and frequency characteristics of the device are improved. By comparing the DC and frequency characteristics of conventional GaN devices (SGD) and GaN based CGD devices, it is shown that compared with GaN based SGD devices, when the length of low K gate dielectric layer introduced by GaN based CGD devices is 150nm, The DC characteristic parameters of gm,Ids and GaN based SGD devices are increased by 6.9% and 10.5%, respectively. Meanwhile, compared with GaN based SGD devices, the frequency characteristic parameters of fT,fmax are increased by 18.5% and 14.7%, respectively. Through the optimization simulation of GaN based CGD device, the optimal DC and frequency characteristics of the device are obtained when the length of the low-K gate dielectric introduced by the device is 150nm for the device with g? G being 250nm.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN386

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