GaN基HEMT器件的性能研究与设计优化
[Abstract]:Gan (wide band gap semiconductor) is the representative of the third generation semiconductor materials which are developing rapidly in the field of high temperature, high frequency, high power microwave and so on. It has the advantages of high thermal conductivity, high breakdown field strength, high electron drift rate, high temperature resistance, corrosion resistance and chemical stability. Compared with GaAs (GaAs) and Si (Si) semiconductors, gallium nitride is widely used in the fields of high temperature, high frequency, high power, optoelectronics and so on. Firstly, the development history and research status of gan based HEMT at home and abroad are briefly introduced, the characteristics and characteristics of gan materials are summarized, and the principle and structure of Al Ga N / Ga N HEMT are systematically introduced. In this paper, the unique two-dimensional electron gas and polarization effects of Al Ga N / Ga N heterojunction are described, and the principle of their existence is studied. The core of this work is to establish the device model of Al Ga N / Ga N HEMT by using ATLAS software, and to simulate and study the performance of Al Ga N / Ga N HEMT by reasonably changing the gate leakage distance, gate length, structure of field board and substrate composition. The simulation results show the relationship between the performance of Al Ga N / Ga N HEMT devices and gate leakage spacing, gate length, field plate structure, substrate material, self-heating effect, etc. The optimized device design is obtained by in-depth discussion and analysis of the simulation results. The results show that decreasing the gate length can reduce the threshold voltage of the device and increase the drain current of the device, thus improving the I-V characteristic and the transfer characteristic of the device, and the gap between the gate and the drain directly affects the equivalent resistance of the device in the linear region. The larger the gate leakage distance, the smaller the drain current, but the gap does not affect the saturation current and threshold voltage, the field plate structure can reduce the drain current, increase the breakdown voltage and effectively suppress the current collapse effect. The self-heating effect of sapphire substrate is more serious than that of Si and diamond, and decreasing the thickness of Si layer in the substrate composed of Si and diamond can reduce the self-heating effect of the device and reduce the maximum temperature in the active region. Due to the immature study of Al Ga N / Ga N HEMT, the problems of current collapse and self-heating effect will lead to the degradation and failure of Al Ga N / Ga N HEMT devices. In this paper, the design of gan based HEMT device is optimized by changing the device parameters and size as well as the device structure. The purpose of improving the performance of the device is achieved.
【学位授予单位】:河北工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN386
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,本文编号:2133504
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