在半導體異質結的研究中,通過能帶剪裁,可在其界面形成二維電子氣（Two-Dimensional Electron Gas,2DEG）,從而實現(xiàn)異質結界面電荷與雜質的空間分離,減弱電子在輸運過程中受電離雜質的散射作用,顯著提高異質結的載流子遷移率。2004年,美國貝爾實驗室的Ohtomo教授采用SrTiO₃（STO）和LaAlO₃（LAO）這兩種絕緣體薄膜構成了異質結,并證實了STO/LAO氧化物異質結中2DEG的存在。這個發(fā)現(xiàn)激發(fā)了人們對氧化物異質結研究的極大興趣。但從電子器件的角度看,STO/LAO異質結界面2DEG的遷移率仍然不夠理想。雖然,在低溫下（4 K）STO/LAO異質結的載流子遷移率很高,達到10⁴ cm²/Vs量級,但其室溫載流子遷移率卻并不高,小于10 cm²/Vs,這就使得STO/LAO異質結的器件價值受到極大限制。在氧化物半導體中,非晶InGaZnO是一種廣受關注的重要材料,其載流子遷移率可達10 cm²/Vs,而且基于InGaZnO... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學位級別】：博士

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圖1-1兩種不同禁帶寬度的半導體未組成異質結時的能帶圖

圖 1-2 半導體異質結能帶結構類型的三種分類1.1.3 異質結的基本特性半導體異質結具有以下幾個方面的特性：（1）量子效應：根據(jù)量子力學知識可知，異質結的界面存在勢阱，很容易導致電子被陷入其中，相應的界面厚度很小，在這樣小的空間內，電子的特性很容易因為量子效應而發(fā)生明顯的變化，如態(tài)密度改變，能階量子化等。（2）遷移率變大：半導體中的自由載流子是由摻雜雜質提供。但是，半導體中雜質的散射作用會使自由載流子的遷移率明顯降低。不過對異質結而言，雜質在異質結的一側，而自由載流子陷入到界面的勢阱中。這樣在空間上，自由載流子與雜質保持分離，因而它的行為就不受到雜質散射作用的影響，其遷移率明顯提升，為制備高遷移率器件提供了可靠的支持[23-25]。（3）二維空間特性：異質結中的自由載流子被局限在異質結的勢阱內，使得它們在垂直方向無法運動，只有在水平方向能自由移動。這種二維結構和三維空間

圖 1-3 n+-AlxGa1-xAs/i-GaAs 異質結能帶結構及二維電子氣摻雜異質結場效應晶體管被稱為調制摻雜場效應晶體管或高電體管。目前，調制摻雜場效應晶體管最常用的異質結溝道是 AlGInGaAs 以及 InAlAs/InGaAs[44-46]。圖 1-4 為早期用 n+-AlGaAs 與aAs 襯底上制作的調制摻雜場效應晶體管結構示意圖。其中，為 30nm，并且不是均勻摻雜的，而是采用 δ 摻雜，其位置靠近的 n+-GaAs 層是為了使源、漏電極獲得更好的歐姆接觸。隨著調及其器件的發(fā)展，調制摻雜場效應晶體管的性能已較早期得到3Ga0.47As 中電子的有效質量小，它與 AlGaAs 組成異質結的電子cm2/Vs，較 AlGaAs/GaAs 高得多。另外，In0.53Ga0.47As 同時還具而能夠提高調制摻雜異質結能帶的 ΔEC。因此，用寬禁帶的重s（n+-InxAl1-xAs）與未摻雜 In0.53Ga0.47As（i-In0.53Ga0.47As）異質結的調制摻雜場效應晶體管，其截止頻率（fT）高達 340GHz，最高頻GHz[47]。最近 AlGaN/GaN 調制摻雜異質結也引起了相關人員的


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