SlGaN-GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件特性研究.pdf

1、近年來(lái)，在高溫、高頻、大功率器件等領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用的GaN基材料，一直是研究的熱點(diǎn)。此材料體系作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表，有著寬的帶隙、高的擊穿電場(chǎng)、高的飽和電子漂移速度、高的熱導(dǎo)率、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。以此為基礎(chǔ)制備的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(HFET)是GaN基電子器件最重要的代表，其具有高的跨導(dǎo)、高的飽和電流、高的截止頻率、高的擊穿電壓等優(yōu)良特性。
　　自從世界上第一支AlGaN/GaN HFET1993年

2、問(wèn)世以來(lái)，人們對(duì)此器件的研究一直沒(méi)有間斷，已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)和實(shí)用化的水平。但是，仍然存在諸多問(wèn)題，例如GaN基材料里高的空穴摻雜效率問(wèn)題、高Al組分的HFET發(fā)展受阻等問(wèn)題。最近，人們發(fā)現(xiàn)AlGaN層中Al組分漸變可以使器件有很多優(yōu)良的特性，對(duì)解決上述問(wèn)題很有幫助。由此出現(xiàn)了AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管。因此深入研究AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PolFETs)有著非常重要的意義?；诖?，本論文進(jìn)行了以下方面的研究。<

3、br>　　1.AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理的分析和研究。器件工作原理是器件分析的基礎(chǔ)。我們通過(guò)對(duì)材料結(jié)構(gòu)的理解，解釋了溝道3DEG的來(lái)源。基于此我們結(jié)合MESFET的工作原理，試著分析了器件工作原理。鑒于其器件材料的結(jié)構(gòu)，我們分析和闡述了該AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PolFETs)器件載流子可能受到的散射。
　　2.AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管低場(chǎng)下電子遷移率計(jì)算模型的研究。器件遷移率研究

4、是器件研究的基礎(chǔ)。在上述研究基礎(chǔ)上，我們分析了AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PolFETs)器件低場(chǎng)下電子遷移率計(jì)算模型。
　　3.不同尺寸的AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管低場(chǎng)下遷移率研究。
　　(a)AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管中相同源漏間距的器件電子低場(chǎng)遷移率研究。我們制作了源漏間距不變(100μm、60μm)柵長(zhǎng)變化的AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管兩種類(lèi)型的器件，其中源漏間距為100

5、μm的器件有正常歐姆器件和邊歐姆器件兩種。我們利用測(cè)試得到的C-V曲線和測(cè)量雜質(zhì)分布的C-V法得到了各個(gè)器件3DEG的濃度分布情況，通過(guò)C-V曲線積分得到了各個(gè)器件3DEG的面密度，進(jìn)而得到了各個(gè)器件不同柵壓下的3DEG的平均濃度。根據(jù)上述該類(lèi)型器件低場(chǎng)下電子遷移率計(jì)算模型，結(jié)合我們實(shí)驗(yàn)測(cè)得的相應(yīng)器件的I-V特性曲線，我們得到了各器件在不同柵壓下的電子低場(chǎng)遷移率情況。我們結(jié)合極性光學(xué)聲子散射、合金無(wú)序散射、極化庫(kù)侖場(chǎng)散射等對(duì)器件的載流子

6、散射情況做了詳盡的分析。我們發(fā)現(xiàn)，在AlGaN/GaN PolFETs中，極化庫(kù)侖場(chǎng)散射起的作用相對(duì)于AlGaN/GaN HFET變?nèi)?，只有?dāng)柵面積很小，極化電荷密度梯度比較大時(shí)，極化庫(kù)侖場(chǎng)散射起的作用比較大。
　　(b)AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管中不同源漏間距的器件電子低場(chǎng)遷移率研究。我們制作了柵源和柵漏間距均為10μm、40μm的器件兩種尺寸的器件。我們用同樣的方法得到了各個(gè)器件3DEG的濃度分布情況和不同柵壓下的

7、3DEG的平均濃度。根據(jù)該類(lèi)型器件低場(chǎng)下電子遷移率計(jì)算模型，我們得到了器件在不同柵壓下的電子低場(chǎng)遷移率情況。研究發(fā)現(xiàn)，同樣是在柵面積比較小的時(shí)候，極化庫(kù)侖場(chǎng)散射起的作用比較大。
　　(c)AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管中偏柵器件電子低場(chǎng)遷移率研究。我們制作的是源漏距離為40μm，柵長(zhǎng)為8μm，變化柵源距離的器件。通過(guò)分析偏柵器件電子低場(chǎng)遷移率隨柵壓的變化情況。我們得出結(jié)論，在AlGaN/GaN極化摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，極化庫(kù)