毫米波InAlN-GaN HEMT柵結(jié)構(gòu)優(yōu)化與器件特性研究.pdf

1、高頻率、高功率一直以來都是 GaN基 HEMT器件研究的熱點。InAlN/GaN HEMT則著重于提高器件的電流增益截止頻率(fT)。InAlN具有極強(qiáng)的自發(fā)極化效應(yīng),能產(chǎn)生濃度高于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)的二維電子氣。即使器件柵長縮短到深亞微米數(shù)量級,依然具有較大的器件縱橫比(Lg/tbar),從而避免器件柵極控制能力的減弱。因此,毫米波InAlN/GaN HEMT比AlGaN/GaN HEMT更適合高頻方面的應(yīng)用。
　　本論文

2、借助二維數(shù)值仿真工具 Sentaurus TCAD對柵長縮短造成 InAlN/GaN HEMT的短溝道效應(yīng)的原因進(jìn)行了深入分析,發(fā)現(xiàn)漏致勢壘降低(DIBL)和柵極下方溝道電勢的二維分布是柵極縮短時引起短溝道效應(yīng)的主要原因。當(dāng)器件的柵長Lg大于120nm時,縮短柵長可以有效提高fT;當(dāng)柵長小于60nm時,縮短柵長的方法對fT的提升已經(jīng)沒有明顯的效果了。
　　為了設(shè)計合適的柵極結(jié)構(gòu)從而提高器件的fT,分別對T型柵、τ型柵和Γ型柵結(jié)構(gòu)的

3、InAlN/GaN HEMT進(jìn)行仿真優(yōu)化。分析發(fā)現(xiàn)柵極場板會減小器件的fT,對fmax卻有一定的提升。若要通過采用場板結(jié)構(gòu)提高器件的 fmax,可盡量增大靠近源極一端的柵極場板長度。并且使用較高的柵跟高度和較大的柵源距可以有效地改善器件的頻率特性。然而,器件的擊穿電壓會隨著柵源距的增大而減小。所以若想使器件同時具備較好的頻率特性和擊穿特性,必須要折中考慮,從而選擇較為合理的柵極位置。
　　在上述理論研究和仿真分析的基礎(chǔ)上,提出了新

4、型復(fù)合金屬柵(CMG)結(jié)構(gòu)的GaN基HEMT器件。其利用不同功函數(shù)的柵極金屬在柵極下方的溝道內(nèi)形成階梯形電勢分布,抬高了靠近漏極一端的柵極電勢,屏蔽了漏極電勢對溝道的影響,從而有助于抑制短溝道效應(yīng)。同時,金屬界面間形成的峰值電場能提高柵下電子的平均速率,從而改善電子傳輸效率,提高直流特性,并且柵極電容的減小和直流跨導(dǎo)的提高又能提高器件的頻率特性。并且這些性能的改善隨著構(gòu)成柵極金屬的種類增多而越明顯。
　　基于Lombardi遷移率