Virtual Source模型模拟分析GaN基电子器件特性研究

发布时间：2018-01-22 11:32

本文关键词： GaN HEMT 二维电子气接触区电阻极化库仑场散射　出处：《山东大学》2015年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：Ⅲ族氮化物异质结场效应晶体管由于其具有的良好特性,特别适用于高频和大功率领域的应用。由于目前GaN HEMT器件制备所采用的非自对准工艺,器件结构上存在接触区,因而器件存在源端接触区电阻Rsa和漏端接触区电阻Rda,它们又分别与器件的源端和漏端欧姆接触电阻Rsc、Rdc组成寄生串联电阻Rs和RD。电阻Rsa和Rda对于AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性具有重要的影响。器件源端接触区电阻Rsa随着漏极电流的增加而非线性的增加的现象限制着器件的输出跨导、频率特性、线性度和效率。尽管源端接触区电阻变化产生的机制非常重要,但其随着漏极电流增加的原因还不是特别清楚,需要进一步的研究。AIN/GaN异质结由于其相对于其它的Ⅲ族氮化物异质结具有更强的自发极化和压电极化效应,因此其异质结界面处的二维电子气密度达到了Ⅲ族氮化物异质结中最高的理论值。由于AlN势垒层相对更薄,这一点对于抑制短沟道效应具有帮助,因此AIN/GaN异质结构的HEMT在制备更短栅长的器件领域应用更有优势。载流子散射机制对于AIN/GaN HEMT的输出特性具有重要的影响,因此更加全面地理解各散射机制对电子迁移率的影响,对器件的设计和制备的优化具有一定的帮助。温度对于散射机制具有重要影响,低温条件对于极化库仑场散射机制的影响之前还未有研究。基于以上的论述,本论文进行了如下几方面的研究：1. Virtual Source模型研究AlGaN/GaN HEMT中极化库仑场散射对器件源端接触区电阻Rsa的影响。应用Virtual Source模型,模拟得到AlGaN/GaN HEMT器件的直流输出特性曲线。通过Virtual Source模型得到器件源漏电压为5V,不同栅极电压条件下的源端接触区电阻、内部跨导和外部跨导的值。发现在漏极-源极偏压一定时,随着栅极电压的增加,漏极电流随之增加,源端接触区电阻Rsa随漏极电流的增加而非线性增加,外部跨导相对本征跨导明显降低。计算了不同栅极电压条件对应的AlGaN势垒层电场随沟道位置的变化曲线。综合考虑不同栅极电压条件下势垒层受逆压电效应导致的栅下附加极化电荷变化和源端接触区内热电子温度的变化这两种因素,极化库仑场散射在漏极电压一定,栅极电压增大的过程中,极化库仑场散射强度先增大后减小,因此由其导致的源极接触区的电阻成分也是先增大后减小。另一方面,随着漏极电流的增加源极接触区内的电场强度显著增加,热电子温度上升,极化光学声子散射的强度迅速增大。对于较大栅极电压条件下,源极接触区电阻随着漏极电流的增加而增大的主要因素是极化光学声子散射的作用。2.低温条件下AlN/GaN HEMT中的极化库仑场散射。制备了方形AlN/GaN HEMT器件,测试了不同低温条件下器件的电容-电压特性曲线、电流-电压特性曲线,通过对电容-电压特性曲线积分得到二维电子气与电压的关系,利用准二维模型对器件的电流-电压特性曲线进行模拟,得到由栅电极与源电极之间的偏压调制的迁移率与二维电子气密度的关系曲线,同时利用分析模型得到由漏电极与源电极之间的偏压调制的迁移率与二维电子气密度的关系曲线。发现对于给定温度下对应相同的二维电子气密度,两种电压调控机制作用下得到的迁移率的差值随着温度从250 K降低到100 K,迁移率差值逐渐增大,但是温度降低到10K时,迁移率差值又减小。通过分析得到,随着温度从250 K降低到100 K,极化库仑场散射的相对强度逐渐增大,当温度继续降低到10K时极化库仑场散射的相对强度减小。
[Abstract]:Because of the non - self - aligned process adopted in the preparation of GaN HEMT devices , the contact regions are formed on the structure of the device . Because of the stronger spontaneous polarization and piezoelectric polarization effect of the source - end contact region resistance Rsa , the resistance Rsa and Rda have important influence on the output characteristics of AlGaN / GaN HEMT devices . Because of the fact that the source - end contact region resistance Rsa has a great influence on the output characteristics of AlGaN / GaN HEMT devices , the effect of the diffusion mechanisms on the electron mobility is more fully understood . The effects of polarization Coulomb field scattering in AlGaN / GaN HEMT on source - side contact region resistance Rsa are studied by using the Virtual Source model .

【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN386

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