本文關(guān)鍵詞：N面GaN基HEMT器件的直流特性數(shù)值模擬和仿真研究

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【摘要】：寬禁帶半導(dǎo)體GaN材料具有帶隙寬、耐高溫高壓等優(yōu)良的性能,且可實(shí)現(xiàn)探測波段覆蓋紫外至紅外的整個(gè)波段范圍,在大功率、微波和抗輻射電子器件、光電探測和照明器件方面具有突出的優(yōu)勢,近年來更是得到快速發(fā)展。然而,由于在GaN材料生長方面,N面極性的GaN材料生長條件苛刻,生長質(zhì)量不佳,目前應(yīng)用相對(duì)成熟的GaN材料還是Ga面極性的。對(duì)于鉛鋅礦GaN這種強(qiáng)極化特性半導(dǎo)體材料,不同極化方向性能差別也很大。N面GaN材料在器件性能上很多都要優(yōu)于Ga面,N面GaN基異質(zhì)結(jié)器件相比同類Ga面器件具有更低的接觸電阻,更好的電子限制效應(yīng)和更小的柵極漏電流等,在微波高頻、高功率器件,太赫茲光電探測,太陽能電池、發(fā)光二極管(LED)和氣體探測等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。隨著N面GaN材料的生長水平不斷發(fā)展,關(guān)于N面GaN材料及器件的優(yōu)勢將進(jìn)一步得到體現(xiàn)。本論文利用不同A1的摩爾組分和AlGaN勢壘層的厚度等來實(shí)現(xiàn)對(duì)由極化效應(yīng)引起的GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)界面的二維電子氣濃度的改變,通過自恰求解泊松方程、載流子連續(xù)性方程和溫度方程等的數(shù)值模擬方法對(duì)N面極化的GaN/AlGaN高電子遷移率晶體管的直流輸出特性進(jìn)行了研究,具體包括以下幾點(diǎn)：首先,對(duì)基于Sentaurus Device仿真平臺(tái)的物理模型進(jìn)行了簡單介紹；然后,構(gòu)建了N面GaN/AlGaN HEMT器件結(jié)構(gòu),結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果修正物理模型,實(shí)現(xiàn)仿真研究。最后,對(duì)勢壘層AlGaN的厚度、A1摩爾組分以及柵極長度三個(gè)方面展開研究,分析三者對(duì)N面GaN/AlGaN HEMT器件直流輸出特性曲線的影響,以及背底Si摻雜濃度對(duì)溝道二維電子氣的影響。結(jié)果分析表明,在一定程度上A1摩爾組分越大,勢壘層AlGaN越厚,柵長越短,器件的直流輸出性能越好,且當(dāng)背底Si摻雜的濃度達(dá)到1018cm-3以上的時(shí)候?qū)Q定器件性能的溝道電子氣濃度產(chǎn)生顯著影響。模擬結(jié)果對(duì)N面GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)器件的制造和性能改進(jìn)具有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：N面GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié) 二維電子氣 極化效應(yīng) 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ133.51
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-18
• 1.1 研究背景8-16
• 1.1.1 N面GaN基材料的基本特性8-11
• 1.1.2 N面GaN材料的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.1.3 N面GaN/AlGaN高電子遷移率晶體管13-16
• 1.2 研究意義16-17
• 1.3 本文的主要工作17-18
• 第二章 TCAD仿真工具和物理模型18-28
• 2.1 Sentaurus TCAD模擬仿真平臺(tái)18-19
• 2.2 器件仿真中的物理模型19-27
• 2.2.1 靜電勢和準(zhǔn)費(fèi)米能級(jí)19-20
• 2.2.2 載流子的傳輸模型20-23
• 2.2.3 溫度方程23-26
• 2.2.4 邊界條件26-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 第三章 N面GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)模型及能帶28-37
• 3.1 N面GaN基HEMT器件結(jié)構(gòu)28-29
• 3.2 N面GaN/AlGaN/GaN HEMT器件的物理模型29-35
• 3.2.1 N面GaN/AlGaN的極化模型29-31
• 3.2.2 N面GaN基HEMT器件傳輸模型31-35
• 3.3 本章小結(jié)35-37
• 第四章 N面GaN基HEMT器件模擬結(jié)果分析37-45
• 4.1 N面GaN基HEMT器件模擬直流輸出特性37-42
• 4.1.1 Al組分對(duì)N面GaN基HEMT器件直流特性的影響38-39
• 4.1.2 柵級(jí)長度對(duì)N面GaN基HEMT器件直流特性的影響39-41
• 4.1.3 AlGaN勢壘層厚度對(duì)N面GaN基HEMT器件直流特性的影響41-42
• 4.2 背底Si摻雜對(duì)二維電子氣的影響42-44
• 4.3 本章小結(jié)44-45
• 第五章 總結(jié)與展望45-47
• 附錄47-48
• 參考文獻(xiàn)48-54
• 攻讀碩士學(xué)位期間完成的科研成果54-55
• 致謝55-56

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