立方體GaN材料及其異質(zhì)結輸運特性的相關研究.pdf

1、閃鋅礦(立方體)GaN是現(xiàn)在還研究得比較少的材料,它可以應用于增強型器件和光學器件當中。它的一些優(yōu)良特性應該引起研究人員的關注。它沒有纖鋅礦GaN強烈的極化電荷。本文以閃鋅礦GaN材料為研究對象,對其體結構輸運特性、閃鋅礦AlGaN/GaN異質(zhì)結中二維電子氣輸運特性、閃鋅礦GaN HEMT特性進行了不同方法的研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　1.用蒙特卡羅方法研究了閃鋅礦GaN體結構的輸運特性。通過確定電子在所加電場當中的自由飛

2、行時間、對自由飛行的處理、使用隨機數(shù)的方式?jīng)Q定散射機制、選擇散射終態(tài)以及分布函數(shù)的平均量統(tǒng)計等過程,獲得了一個較為收斂的閃鋅礦GaN體結構輸運特性。電場較低時,電子漂移速度與電場成線性關系,當電場增加,電子漂移速度達到峰值并迅速下降,產(chǎn)生負阻。體結構中電子的遷移率隨溫度的增加會迅速的減小。
　　2.建立了閃鋅礦AlGaN/GaN異質(zhì)結中2DEG的輸運模型,主要考慮了聲學聲子散射、調(diào)制摻雜遠程雜質(zhì)散射、合金無序散射、界面粗糙度散射、

3、位錯散射等。根據(jù)這個模型,我們研究了溫度、二維電子氣面密度、勢壘層中調(diào)制雜質(zhì)摻雜濃度、勢壘層厚度、AlGaN勢壘層中Al含量百分比對遷移率的影響。對于二維電子氣面密度的影響,遷移率曲線隨著面密度的增加呈現(xiàn)出先上升后下降趨勢,在8′1011cm-2處出現(xiàn)峰值。在2DEG濃度相同時,溫度升高將會降低總遷移率。對于勢壘層中Al含量對于遷移率的影響,遷移率隨著Al含量x的增加而先增加后減小,在0.3左右出現(xiàn)了遷移率最大值。勢壘層中摻雜濃度對遷移

4、率濃度的影響,在1018cm-3到1019cm-3范圍內(nèi)我們得到的結論是隨著摻雜濃度增加,遷移率變化不大。
　　3.本文為了研究閃鋅礦GaN構成器件之后的特性,引入了軟件仿真的方法。對閃鋅礦GaN構成的高電子遷移率晶體管進行了溝道內(nèi)電子分布與摻雜濃度關系、溝道中電流與柵壓的關系仿真,得到了低摻雜濃度可以導致低二維電子氣濃度結論,為制造增強型GaN器件創(chuàng)造了可能。在接下來得到的器件轉移特性曲線中看到,我們得到了閾值電壓大約為0.4V