InGaMgO/InGaZnO异质结材料和器件性能研究
发布时间：2021-08-23 23:02
在半导体异质结的研究中,通过能带剪裁,可在其界面形成二维电子气（Two-Dimensional Electron Gas,2DEG）,从而实现异质结界面电荷与杂质的空间分离,减弱电子在输运过程中受电离杂质的散射作用,显著提高异质结的载流子迁移率。2004年,美国贝尔实验室的Ohtomo教授采用SrTiO3（STO）和LaAlO3（LAO）这两种绝缘体薄膜构成了异质结,并证实了STO/LAO氧化物异质结中2DEG的存在。这个发现激发了人们对氧化物异质结研究的极大兴趣。但从电子器件的角度看,STO/LAO异质结界面2DEG的迁移率仍然不够理想。虽然,在低温下（4 K）STO/LAO异质结的载流子迁移率很高,达到104 cm2/Vs量级,但其室温载流子迁移率却并不高,小于10 cm2/Vs,这就使得STO/LAO异质结的器件价值受到极大限制。在氧化物半导体中,非晶InGaZnO是一种广受关注的重要材料,其载流子迁移率可达10 cm2/Vs,而且基于InGaZnO...
【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】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1两种不同禁带宽度的半导体未组成异质结时的能带图
图 1-2 半导体异质结能带结构类型的三种分类1.1.3 异质结的基本特性半导体异质结具有以下几个方面的特性：（1）量子效应：根据量子力学知识可知，异质结的界面存在势阱，很容易导致电子被陷入其中，相应的界面厚度很小，在这样小的空间内，电子的特性很容易因为量子效应而发生明显的变化，如态密度改变，能阶量子化等。（2）迁移率变大：半导体中的自由载流子是由掺杂杂质提供。但是，半导体中杂质的散射作用会使自由载流子的迁移率明显降低。不过对异质结而言，杂质在异质结的一侧，而自由载流子陷入到界面的势阱中。这样在空间上，自由载流子与杂质保持分离，因而它的行为就不受到杂质散射作用的影响，其迁移率明显提升，为制备高迁移率器件提供了可靠的支持[23-25]。（3）二维空间特性：异质结中的自由载流子被局限在异质结的势阱内，使得它们在垂直方向无法运动，只有在水平方向能自由移动。这种二维结构和三维空间
图 1-3 n+-AlxGa1-xAs/i-GaAs 异质结能带结构及二维电子气掺杂异质结场效应晶体管被称为调制掺杂场效应晶体管或高电体管。目前，调制掺杂场效应晶体管最常用的异质结沟道是 AlGInGaAs 以及 InAlAs/InGaAs[44-46]。图 1-4 为早期用 n+-AlGaAs 与aAs 衬底上制作的调制掺杂场效应晶体管结构示意图。其中，为 30nm，并且不是均匀掺杂的，而是采用 δ 掺杂，其位置靠近的 n+-GaAs 层是为了使源、漏电极获得更好的欧姆接触。随着调及其器件的发展，调制掺杂场效应晶体管的性能已较早期得到3Ga0.47As 中电子的有效质量小，它与 AlGaAs 组成异质结的电子cm2/Vs，较 AlGaAs/GaAs 高得多。另外，In0.53Ga0.47As 同时还具而能够提高调制掺杂异质结能带的 ΔEC。因此，用宽禁带的重s（n+-InxAl1-xAs）与未掺杂 In0.53Ga0.47As（i-In0.53Ga0.47As）异质结的调制掺杂场效应晶体管，其截止频率（fT）高达 340GHz，最高频GHz[47]。最近 AlGaN/GaN 调制掺杂异质结也引起了相关人员的
本文编号：3358758
【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】：113 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图1-1两种不同禁带宽度的半导体未组成异质结时的能带图
图 1-2 半导体异质结能带结构类型的三种分类1.1.3 异质结的基本特性半导体异质结具有以下几个方面的特性：（1）量子效应：根据量子力学知识可知，异质结的界面存在势阱，很容易导致电子被陷入其中，相应的界面厚度很小，在这样小的空间内，电子的特性很容易因为量子效应而发生明显的变化，如态密度改变，能阶量子化等。（2）迁移率变大：半导体中的自由载流子是由掺杂杂质提供。但是，半导体中杂质的散射作用会使自由载流子的迁移率明显降低。不过对异质结而言，杂质在异质结的一侧，而自由载流子陷入到界面的势阱中。这样在空间上，自由载流子与杂质保持分离，因而它的行为就不受到杂质散射作用的影响，其迁移率明显提升，为制备高迁移率器件提供了可靠的支持[23-25]。（3）二维空间特性：异质结中的自由载流子被局限在异质结的势阱内，使得它们在垂直方向无法运动，只有在水平方向能自由移动。这种二维结构和三维空间
图 1-3 n+-AlxGa1-xAs/i-GaAs 异质结能带结构及二维电子气掺杂异质结场效应晶体管被称为调制掺杂场效应晶体管或高电体管。目前，调制掺杂场效应晶体管最常用的异质结沟道是 AlGInGaAs 以及 InAlAs/InGaAs[44-46]。图 1-4 为早期用 n+-AlGaAs 与aAs 衬底上制作的调制掺杂场效应晶体管结构示意图。其中，为 30nm，并且不是均匀掺杂的，而是采用 δ 掺杂，其位置靠近的 n+-GaAs 层是为了使源、漏电极获得更好的欧姆接触。随着调及其器件的发展，调制掺杂场效应晶体管的性能已较早期得到3Ga0.47As 中电子的有效质量小，它与 AlGaAs 组成异质结的电子cm2/Vs，较 AlGaAs/GaAs 高得多。另外，In0.53Ga0.47As 同时还具而能够提高调制掺杂异质结能带的 ΔEC。因此，用宽禁带的重s（n+-InxAl1-xAs）与未掺杂 In0.53Ga0.47As（i-In0.53Ga0.47As）异质结的调制掺杂场效应晶体管，其截止频率（fT）高达 340GHz，最高频GHz[47]。最近 AlGaN/GaN 调制掺杂异质结也引起了相关人员的
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