微波GaN HEMT功率器件物理基大信号模型研究
发布时间：2021-01-12 00:51
为了满足通讯系统日益增长的性能指标,亟需研发更加强大的微波功率器件。用GaN材料制作的高电子迁移率晶体管（HEMT）,因其高频率、高功率、高效率等特性,被广泛应用于微波电路之中。而半导体器件模型向下承接器件的工艺生产,可提高工艺水平,向上承接器件的电路设计,可缩短设计周期,是整个半导体产业链中不可或缺的关键部分,所以针对GaN HEMT器件建立准确的模型是非常有意义的。目前,针对GaN HEMT的经验基模型已经有许多报道,但经验基模型包含大量经验参数,且缺乏物理意义,不能指导器件设计。因此需要建立物理基大信号模型,建立器件微波特性与物理参数的直接联系。本文研究内容包括:基于区域划分的GaN HEMT物理基大信号模型研究:以小信号等效电路建模为起点,基于区域划分大信号模型理论,对栅长为0.25μm,栅宽10?125μm的微波GaN HEMT功率器件,建立了物理基大信号模型,并建立了一套完整的微波GaN HEMT物理基模型参数提取流程。对比仿真与实测结果,物理基大信号模型的误差控制在15%以内,证明了基于区域划分的物理基大信号模型具有高精度,并有良好的工程应用性。具有缩放效应的GaN HE...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaNHEMT器件的基本结构[31]
第二章微波GaNHEMT基本原理与模型分类11间形成了异质结，其能带图如图2-2所示。由于形成异质结的不同介质的两面出现了导带不连续现象，GaN那面的禁带宽度会小于AlGaN的禁带宽度，导致电子亲和能不同，结果电子从N型掺杂的AlGaN层中向GaN层中转移，会在GaN表面形成三角形的电子势阱，转移到未掺杂GaN层中的电子在异质结的三角形势阱中形成二维电子气（2DEG）。图2-2GaNHEMT能带结构示意图对于GaNHEMT器件而言，极化效应不可忽视。由于形成机理的不同，极化效应可分为自发极化PSP和压电极化PPE两种方式，在它们的共同作用下，形成了二维电子气（2DEG），如图2-3所示。自发极化通常出现在三五族化合物共价键中，主要是由于非对称纤锌矿结构的GaN，其氮原子的最外层没有电子，在原子核的吸引下，与外部电子形成强库仑力。压电极化来源于器件的应力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常数一般不同，容易导致晶格失配[34]。(a)(b)图2-3氮化镓的晶体结构和极化效应产生二维电子气的机理。(a)镓面和氮面的氮化镓晶体结构;(b)极化效应产生二维电子气的机理通常来讲，势垒层中的施主杂质电离出载流子，是在异质结交界处形成二维电子气（2DEG）的主要来源。但是由于GaNHEMT器件的极化效应不可忽视，在自发极化和压电极化的作用下，可在AlGaN/GaN交界处产生足够的极化电荷，从而产生二维电子气（2DEG）。极化电荷的浓度足够大，因此可以不依赖势垒层中施主杂质电离出的载流子，即可以实现势垒层非掺杂。另外，GaNHEMT在栅
第二章微波GaNHEMT基本原理与模型分类11间形成了异质结，其能带图如图2-2所示。由于形成异质结的不同介质的两面出现了导带不连续现象，GaN那面的禁带宽度会小于AlGaN的禁带宽度，导致电子亲和能不同，结果电子从N型掺杂的AlGaN层中向GaN层中转移，会在GaN表面形成三角形的电子势阱，转移到未掺杂GaN层中的电子在异质结的三角形势阱中形成二维电子气（2DEG）。图2-2GaNHEMT能带结构示意图对于GaNHEMT器件而言，极化效应不可忽视。由于形成机理的不同，极化效应可分为自发极化PSP和压电极化PPE两种方式，在它们的共同作用下，形成了二维电子气（2DEG），如图2-3所示。自发极化通常出现在三五族化合物共价键中，主要是由于非对称纤锌矿结构的GaN，其氮原子的最外层没有电子，在原子核的吸引下，与外部电子形成强库仑力。压电极化来源于器件的应力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常数一般不同，容易导致晶格失配[34]。(a)(b)图2-3氮化镓的晶体结构和极化效应产生二维电子气的机理。(a)镓面和氮面的氮化镓晶体结构;(b)极化效应产生二维电子气的机理通常来讲，势垒层中的施主杂质电离出载流子，是在异质结交界处形成二维电子气（2DEG）的主要来源。但是由于GaNHEMT器件的极化效应不可忽视，在自发极化和压电极化的作用下，可在AlGaN/GaN交界处产生足够的极化电荷，从而产生二维电子气（2DEG）。极化电荷的浓度足够大，因此可以不依赖势垒层中施主杂质电离出的载流子，即可以实现势垒层非掺杂。另外，GaNHEMT在栅
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ka波段GaN HEMT功率器件[J]. 廖龙忠,张力江,孙希国,何先良,崔玉兴,付兴昌. 半导体技术. 2015(07)
[2]0.15μm栅长Ka波段GaN功率HEMT器件[J]. 周建军,董逊,孔岑,孔月婵,李忠辉,陈堂胜,陈辰. 固体电子学研究与进展. 2012(01)
[3]GaN微电子器件的研究进展[J]. 吕曼,司晓琨,杨立军. 河北省科学院学报. 2011(01)
[4]非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT[J]. 陈堂胜,焦刚,薛舫时,曹春海,李拂晓. 半导体学报. 2004(01)
[5]Au-AlGaN/GaN HFET研制与器件特性[J]. 张锦文,闫桂珍,张太平,王玮,宁宝俊,武国英. 半导体学报. 2002(04)
博士论文
[1]微波GaN HEMT大信号模型参数提取研究[D]. 闻彰.电子科技大学 2018
[2]微波毫米波GaN HEMT大信号模型研究[D]. 汪昌思.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]微波GaN HEMT物理基大信号模型参数提取方法研究[D]. 张佳琪.电子科技大学 2019
本文编号：2971806
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
GaNHEMT器件的基本结构[31]
第二章微波GaNHEMT基本原理与模型分类11间形成了异质结，其能带图如图2-2所示。由于形成异质结的不同介质的两面出现了导带不连续现象，GaN那面的禁带宽度会小于AlGaN的禁带宽度，导致电子亲和能不同，结果电子从N型掺杂的AlGaN层中向GaN层中转移，会在GaN表面形成三角形的电子势阱，转移到未掺杂GaN层中的电子在异质结的三角形势阱中形成二维电子气（2DEG）。图2-2GaNHEMT能带结构示意图对于GaNHEMT器件而言，极化效应不可忽视。由于形成机理的不同，极化效应可分为自发极化PSP和压电极化PPE两种方式，在它们的共同作用下，形成了二维电子气（2DEG），如图2-3所示。自发极化通常出现在三五族化合物共价键中，主要是由于非对称纤锌矿结构的GaN，其氮原子的最外层没有电子，在原子核的吸引下，与外部电子形成强库仑力。压电极化来源于器件的应力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常数一般不同，容易导致晶格失配[34]。(a)(b)图2-3氮化镓的晶体结构和极化效应产生二维电子气的机理。(a)镓面和氮面的氮化镓晶体结构;(b)极化效应产生二维电子气的机理通常来讲，势垒层中的施主杂质电离出载流子，是在异质结交界处形成二维电子气（2DEG）的主要来源。但是由于GaNHEMT器件的极化效应不可忽视，在自发极化和压电极化的作用下，可在AlGaN/GaN交界处产生足够的极化电荷，从而产生二维电子气（2DEG）。极化电荷的浓度足够大，因此可以不依赖势垒层中施主杂质电离出的载流子，即可以实现势垒层非掺杂。另外，GaNHEMT在栅
第二章微波GaNHEMT基本原理与模型分类11间形成了异质结，其能带图如图2-2所示。由于形成异质结的不同介质的两面出现了导带不连续现象，GaN那面的禁带宽度会小于AlGaN的禁带宽度，导致电子亲和能不同，结果电子从N型掺杂的AlGaN层中向GaN层中转移，会在GaN表面形成三角形的电子势阱，转移到未掺杂GaN层中的电子在异质结的三角形势阱中形成二维电子气（2DEG）。图2-2GaNHEMT能带结构示意图对于GaNHEMT器件而言，极化效应不可忽视。由于形成机理的不同，极化效应可分为自发极化PSP和压电极化PPE两种方式，在它们的共同作用下，形成了二维电子气（2DEG），如图2-3所示。自发极化通常出现在三五族化合物共价键中，主要是由于非对称纤锌矿结构的GaN，其氮原子的最外层没有电子，在原子核的吸引下，与外部电子形成强库仑力。压电极化来源于器件的应力，主要原因是GaNHEMT器件的不同材料的晶格常数一般不同，容易导致晶格失配[34]。(a)(b)图2-3氮化镓的晶体结构和极化效应产生二维电子气的机理。(a)镓面和氮面的氮化镓晶体结构;(b)极化效应产生二维电子气的机理通常来讲，势垒层中的施主杂质电离出载流子，是在异质结交界处形成二维电子气（2DEG）的主要来源。但是由于GaNHEMT器件的极化效应不可忽视，在自发极化和压电极化的作用下，可在AlGaN/GaN交界处产生足够的极化电荷，从而产生二维电子气（2DEG）。极化电荷的浓度足够大，因此可以不依赖势垒层中施主杂质电离出的载流子，即可以实现势垒层非掺杂。另外，GaNHEMT在栅
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ka波段GaN HEMT功率器件[J]. 廖龙忠,张力江,孙希国,何先良,崔玉兴,付兴昌. 半导体技术. 2015(07)
[2]0.15μm栅长Ka波段GaN功率HEMT器件[J]. 周建军,董逊,孔岑,孔月婵,李忠辉,陈堂胜,陈辰. 固体电子学研究与进展. 2012(01)
[3]GaN微电子器件的研究进展[J]. 吕曼,司晓琨,杨立军. 河北省科学院学报. 2011(01)
[4]非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT[J]. 陈堂胜,焦刚,薛舫时,曹春海,李拂晓. 半导体学报. 2004(01)
[5]Au-AlGaN/GaN HFET研制与器件特性[J]. 张锦文,闫桂珍,张太平,王玮,宁宝俊,武国英. 半导体学报. 2002(04)
博士论文
[1]微波GaN HEMT大信号模型参数提取研究[D]. 闻彰.电子科技大学 2018
[2]微波毫米波GaN HEMT大信号模型研究[D]. 汪昌思.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]微波GaN HEMT物理基大信号模型参数提取方法研究[D]. 张佳琪.电子科技大学 2019
本文编号：2971806
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/2971806.html
