發(fā)布時間：2022-01-09 20:20

　　以GaN為代表的Ⅲ族氮化物半導體是直接帶隙的寬禁帶半導體材料,由于具有高電子遷移率、高擊穿場強、強極化、抗輻照和耐高溫等優(yōu)越的材料特性,已經(jīng)在照明領域得到廣泛的應用,并在光伏、探測、高速數(shù)字電路、微波功率和電力電子等領域表現(xiàn)出巨大的應用潛力。其中,以AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)為代表的Ⅲ族氮化物異質(zhì)結(jié)構(gòu),因強極化效應誘導異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度的二維電子氣（2DEG）,非常適合于制備高電子遷移率晶體管（HEMT）,這也導致了Ⅲ族氮化物HEMT一般為耗盡型器件。但是,增強型器件在電力電子開關和E/D模數(shù)字電路等領域具有獨特的優(yōu)勢和不可替代的作用。當今,通過研究新的材料結(jié)構(gòu)、器件結(jié)構(gòu)和器件工藝提出了凹柵刻蝕、氟（F）等離子體注入、p-GaN帽層和非極性HEMT等多種增強型器件實現(xiàn)方法。此外,Ⅲ族氮化物材料還非常適合制備隧穿場效應晶體管（TFET）,考慮到InN、GaN、AlN及其多元合金半導體材料可以覆蓋從0.7 eV到6.2 eV的整個帶隙范圍,而其中的窄帶隙材料非常符合TFET對材料帶隙的要求。再加上Ⅲ族氮化物半導體是直接帶隙且具有強極化效應,對隧穿結(jié)附近能帶的調(diào)節(jié)作用以及其它材料優(yōu)勢,Ⅲ族... 

【文章來源】：西安電子科技大學陜西省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

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35凹槽刻蝕工藝中可能存在凹槽側(cè)壁不完全垂直于水平面的技術問題，也槽側(cè)壁可能存在半極性面的情況�？紤]到半極性面異質(zhì)結(jié)不同傾斜角對應不不同晶面對應不同界面電子密度，這必將對器件閾值電壓產(chǎn)生很大影響。材料的基本屬性，從理論上計算各個晶面的 AlGaN/GaN 異質(zhì)結(jié)構(gòu)的 2DEG進而在此基礎上探討側(cè)壁異質(zhì)結(jié)界面 2DEG 面密度情況下的器件直流特性要的。

本章我們提出了一種結(jié)合極性和非極性異質(zhì)結(jié)的凹槽溝道增強型器仿真器研究了槽深對器件直流特性的影響。此外考慮實際工藝限制，研側(cè)壁不同傾角對凹槽溝道 HEMT 器件特性的影響。首先，介紹了凹槽溝道增強型器件的器件結(jié)構(gòu)和 Silvaco-Atlas 仿真中數(shù)和器件模型設置。其次，研究了凹槽側(cè)壁和溝道其他區(qū)域極性異質(zhì)結(jié)的開態(tài)和關態(tài)能帶分布情況，解釋了凹槽溝道增強型器件的工作原理。接著，探討了凹槽深度變化對器件轉(zhuǎn)移、跨導、亞閾值、短溝道和擊。通過調(diào)整器件參數(shù)得到了 182 mS/mm 的跨導和 85 mV/dec 的亞閾值們發(fā)現(xiàn)，當刻蝕深度達到 500 nm 時，即便是很大的刻蝕深度的變化對響也很微小。這說明此結(jié)構(gòu)對刻蝕工藝有很好的容忍性。此外，我們提增強型器件能夠展寬異質(zhì)結(jié)溝道處的高場區(qū)域，從而成功提高擊穿電壓器件相比，此器件結(jié)構(gòu)將擊穿電壓提高了 78 %。此外通過調(diào)節(jié)柵金屬高功函數(shù)的柵金屬能夠得到更高閾值電壓的器件特性。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Influence of a drain field plate on the forward blocking characteristics of an AlGaN/GaN high electron mobility transistor[J]. 趙勝雷,陳偉偉,岳童,王毅,羅俊,毛維,馬曉華,郝躍.  Chinese Physics B. 2013(11)
[2]X波段大柵寬高輸出功率AlGaN/GaN HEMT的研究[J]. 顧衛(wèi)東,張志國.  半導體技術. 2009(11)

博士論文
[1]基于PIN的IMOS與TFET器件研究[D]. 李妤晨.西安電子科技大學 2013

碩士論文
[1]鍺錫隧穿場效應晶體管應變工程和異質(zhì)結(jié)工程研究[D]. 王洪娟.重慶大學 2015



本文編號：3579380