本文關鍵詞：N面GaN基HEMT器件的直流特性數值模擬和仿真研究

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【摘要】：寬禁帶半導體GaN材料具有帶隙寬、耐高溫高壓等優(yōu)良的性能,且可實現探測波段覆蓋紫外至紅外的整個波段范圍,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,生長質量不佳,目前應用相對成熟的GaN材料還是Ga面極性的。對于鉛鋅礦GaN這種強極化特性半導體材料,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基異質結器件相比同類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)和氣體探測等領域被廣泛應用。隨著N面GaN材料的生長水平不斷發(fā)展,關于N面GaN材料及器件的優(yōu)勢將進一步得到體現。本論文利用不同A1的摩爾組分和AlGaN勢壘層的厚度等來實現對由極化效應引起的GaN/AlGaN異質結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值模擬方法對N面極化的GaN/AlGaN高電子遷移率晶體管的直流輸出特性進行了研究,具體包括以下幾點：首先,對基于Sentaurus Device仿真平臺的物理模型進行了簡單介紹；然后,構建了N面GaN/AlGaN HEMT器件結構,結合實驗數據進行擬合,對比實驗結果修正物理模型,實現仿真研究。最后,對勢壘層AlGaN的厚度、A1摩爾組分以及柵極長度三個方面展開研究,分析三者對N面GaN/AlGaN HEMT器件直流輸出特性曲線的影響,以及背底Si摻雜濃度對溝道二維電子氣的影響。結果分析表明,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,且當背底Si摻雜的濃度達到1018cm-3以上的時候對決定器件性能的溝道電子氣濃度產生顯著影響。模擬結果對N面GaN/AlGaN異質結器件的制造和性能改進具有一定的指導意義。
【關鍵詞】：N面GaN/AlGaN異質結 二維電子氣 極化效應 數值模擬
【學位授予單位】：云南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：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材料的應用和發(fā)展現狀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18-19
• 2.2 器件仿真中的物理模型19-27
• 2.2.1 靜電勢和準費米能級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27-28
• 第三章 N面GaN基HEMT器件結構模型及能帶28-37
• 3.1 N面GaN基HEMT器件結構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35-37
• 第四章 N面GaN基HEMT器件模擬結果分析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N面GaN基HEMT器件直流特性的影響38-39
• 4.1.2 柵級長度對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N面GaN基HEMT器件直流特性的影響41-42
• 4.2 背底Si摻雜對二維電子氣的影響42-44
• 4.3 本章小結44-45
• 第五章 總結與展望45-47
• 附錄47-48
• 參考文獻48-54
• 攻讀碩士學位期間完成的科研成果54-55
• 致謝55-56

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