發(fā)布時(shí)間：2021-08-06 02:19

　　由于氮化鎵基材料具有高遷移率、高電子飽和速率以及高擊穿場強(qiáng)的特點(diǎn),使得氮化鎵基HEMT器件在毫米波功率器件和集成電路領(lǐng)域具有很大優(yōu)勢。對于毫米波功率器件,最大震蕩頻率、輸出功率、功率附加效率是最為重要的指標(biāo)。為了提高毫米波功率器件的關(guān)鍵指標(biāo),本文對AlGaN/GaN毫米波功率器件進(jìn)行了系統(tǒng)性研究。第二章對GaN基材料的極化效應(yīng)、GaN異質(zhì)結(jié)中二維電子氣的產(chǎn)生機(jī)理和HEMT器件工作原理進(jìn)行闡述;論述了 GaN異質(zhì)結(jié)外延材料的生長以及HEMT器件整體工藝制備方法,重點(diǎn)對器件制作過程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行闡述,包括新片清洗、歐姆接觸、有源區(qū)隔離、表面鈍化、柵槽刻蝕、凹槽刻蝕、柵極以及互聯(lián)制作;最后對最高截止頻率fT、最高震蕩頻率fmax、輸出功率Pout、功率增益Gain、功率附加效率PAE這五項(xiàng)毫米波功率器件基本參數(shù)進(jìn)行介紹,并提出提高各項(xiàng)參數(shù)的途徑。第三章重點(diǎn)研究了器件的柵結(jié)構(gòu)、鈍化層結(jié)構(gòu)、短溝道效應(yīng)以及源漏間距與頻率特性的對應(yīng)關(guān)系。在柵結(jié)構(gòu)和鈍化層的研究中,器件工作頻率隨著柵長的減小而提高,但是隨著柵長的減小,柵極電阻成為制約頻率提高的主要因素。為了解決柵極電阻和柵長的矛盾關(guān)系,本文提出了一... 

【文章來源】：西安電子科技大學(xué)陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：173 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１?ＧａＮ材料應(yīng)用領(lǐng)域??ＧａＮ基材料主要包括了?ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡＩＮ以及ＡＩＮ

氮化鎵異質(zhì)結(jié)具有較強(qiáng)的極化效應(yīng)，這是氮化鎵材料與其他半導(dǎo)體材料相比最為??顯著的區(qū)別。目前，研宄已經(jīng)證明氮化鎵異質(zhì)結(jié)界面處的二維電子氣依賴于極化效應(yīng)。??氮化鎵基異質(zhì)結(jié)中的極化效應(yīng)包括自發(fā)極化與壓電極化，如圖２．１（ａ）所示。??（１）自發(fā)極化??自發(fā)極化指沒有外加作用時(shí)晶體內(nèi)建立的極化場。氮化鎵材料為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，其??結(jié)構(gòu)不具有中心對稱性，晶體內(nèi)部只有單一旋轉(zhuǎn)性，在垂直于此軸的方向［０００１?］并無??對稱性，且原子之間不是純粹的共價(jià)鍵，因此極化電場在晶體中不具備對稱性。這就??導(dǎo)致了化學(xué)鍵中電子電荷偏向其中－？方原子。在晶體不具有反演對稱性的方向??［０００１］，不對稱的電子會(huì)在晶體的一面形成正電荷在另一面形成負(fù)電荷。由于Ａ１－Ｎ??和Ｇａ－Ｎ鍵有離子性，Ｎ原子的電負(fù)性要大于Ｇａ原子，因此電子的波函數(shù)偏向于Ｎ??原子，電子偏向Ｎ原子形成偶極子，自發(fā)極化方向從Ｎ原子指向Ｇａ原子。由于Ａ１－Ｎ??的電負(fù)性比Ｇａ－Ｎ相差更大，因此Ａ１－Ｎ極化電場比Ｇａ－Ｎ中更強(qiáng)。對于ＡｌＧａＮ／ＧａＮ??異質(zhì)結(jié)，垂直于［０００１］面方向上具有對稱性，極化矢量為零，只在［０００１］方向上有極??化電場的存在，ＡｌＧａＮ和ＧａＮ層的極化方向相同，都是從勢壘層指向襯底。砷化鎵、??

高電子遷移率晶體管（ＨＥＭＴ）屬于異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，其核心是異質(zhì)節(jié)是由興有不同禁帶寬度以及晶格常數(shù)的材料形成的。較寬禁帶半導(dǎo)休材位于較窄禁帶半導(dǎo)體材料（ＧａＮ）之上，簡化的結(jié)構(gòu)圖和能帶圖如圖２．３所示。結(jié)界面處導(dǎo)帶邊緣出現(xiàn)導(dǎo)帶斷續(xù)，形成狹窄的ＬＸ：域成為量子講。在極化電場帶隙較寬一側(cè)材料中的電子被轉(zhuǎn)移在量子阱中。由于量子阱的寬度與溝道的很小，電子在垂直于界面方向的運(yùn)動(dòng)受到限制，只能在沿異質(zhì)結(jié)界面方向運(yùn)量子阱中的電子分布本質(zhì)上有很強(qiáng)的二維特性，因此在異質(zhì)結(jié)界面處形成二（２ＤＥＧ）。由于量子阱中的電子與施主雜質(zhì)分離，降低了電離雜質(zhì)的散射作阱中電子遷移率與體材料中相比有明顯提高。??與ＧａＡｓ基異質(zhì)結(jié)材料相比，ＧａＮ站異質(zhì)結(jié)極化效應(yīng)更強(qiáng)，因此／｜：?｜丨：故ｆ情況下，２ＤＥＧ濃度可以達(dá)到１０ｌ３Ｃｍｄ量級。并且可以通過調(diào)節(jié)較寬？側(cè)組份含量實(shí)現(xiàn)禁帶寬度以及晶格常數(shù)的變化，從而實(shí)現(xiàn)通子阱深度以及極化變，最終實(shí)現(xiàn)２ＤＥＧ濃度的調(diào)節(jié)。二維電子氣面密度公式如下：??１３??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[5]跨導(dǎo)為220 mS/mm的AlGaN/GaNHEMT[J]. 張小玲,呂長志,謝雪松,何焱,侯英梁,馮士維,李志國,曾慶明.  固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2004(02)
[6]RF-MBE生長AlGaN/GaN極化感應(yīng)二維電子氣材料[J]. 孫殿照,胡國新,王曉亮,劉宏新,劉成海,曾一平,李晉閩,林蘭英.  半導(dǎo)體學(xué)報(bào). 2001(11)



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