Ⅲ族氮化物增强型HEMT与TFET器件研究
发布时间：2022-01-09 20:20
以GaN为代表的Ⅲ族氮化物半导体是直接带隙的宽禁带半导体材料,由于具有高电子迁移率、高击穿场强、强极化、抗辐照和耐高温等优越的材料特性,已经在照明领域得到广泛的应用,并在光伏、探测、高速数字电路、微波功率和电力电子等领域表现出巨大的应用潜力。其中,以AlGaN/GaN异质结为代表的Ⅲ族氮化物异质结构,因强极化效应诱导异质结界面处形成高浓度的二维电子气（2DEG）,非常适合于制备高电子迁移率晶体管（HEMT）,这也导致了Ⅲ族氮化物HEMT一般为耗尽型器件。但是,增强型器件在电力电子开关和E/D模数字电路等领域具有独特的优势和不可替代的作用。当今,通过研究新的材料结构、器件结构和器件工艺提出了凹栅刻蚀、氟（F）等离子体注入、p-GaN帽层和非极性HEMT等多种增强型器件实现方法。此外,Ⅲ族氮化物材料还非常适合制备隧穿场效应晶体管（TFET）,考虑到InN、GaN、AlN及其多元合金半导体材料可以覆盖从0.7 eV到6.2 eV的整个带隙范围,而其中的窄带隙材料非常符合TFET对材料带隙的要求。再加上Ⅲ族氮化物半导体是直接带隙且具有强极化效应,对隧穿结附近能带的调节作用以及其它材料优势,Ⅲ族...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ca)TmGaT帽早结泊A1GaN/Gal\
35凹槽刻蚀工艺中可能存在凹槽侧壁不完全垂直于水平面的技术问题，也槽侧壁可能存在半极性面的情况。考虑到半极性面异质结不同倾斜角对应不不同晶面对应不同界面电子密度，这必将对器件阈值电压产生很大影响。材料的基本属性，从理论上计算各个晶面的 AlGaN/GaN 异质结构的 2DEG进而在此基础上探讨侧壁异质结界面 2DEG 面密度情况下的器件直流特性要的。
本章我们提出了一种结合极性和非极性异质结的凹槽沟道增强型器仿真器研究了槽深对器件直流特性的影响。此外考虑实际工艺限制，研侧壁不同倾角对凹槽沟道 HEMT 器件特性的影响。首先，介绍了凹槽沟道增强型器件的器件结构和 Silvaco-Atlas 仿真中数和器件模型设置。其次，研究了凹槽侧壁和沟道其他区域极性异质结的开态和关态能带分布情况，解释了凹槽沟道增强型器件的工作原理。接着，探讨了凹槽深度变化对器件转移、跨导、亚阈值、短沟道和击。通过调整器件参数得到了 182 mS/mm 的跨导和 85 mV/dec 的亚阈值们发现，当刻蚀深度达到 500 nm 时，即便是很大的刻蚀深度的变化对响也很微小。这说明此结构对刻蚀工艺有很好的容忍性。此外，我们提增强型器件能够展宽异质结沟道处的高场区域，从而成功提高击穿电压器件相比，此器件结构将击穿电压提高了 78 %。此外通过调节栅金属高功函数的栅金属能够得到更高阈值电压的器件特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of a drain field plate on the forward blocking characteristics of an AlGaN/GaN high electron mobility transistor[J]. 赵胜雷,陈伟伟,岳童,王毅,罗俊,毛维,马晓华,郝跃. Chinese Physics B. 2013(11)
[2]X波段大栅宽高输出功率AlGaN/GaN HEMT的研究[J]. 顾卫东,张志国. 半导体技术. 2009(11)
博士论文
[1]基于PIN的IMOS与TFET器件研究[D]. 李妤晨.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]锗锡隧穿场效应晶体管应变工程和异质结工程研究[D]. 王洪娟.重庆大学 2015
本文编号：3579380
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
Ca)TmGaT帽早结泊A1GaN/Gal\
35凹槽刻蚀工艺中可能存在凹槽侧壁不完全垂直于水平面的技术问题，也槽侧壁可能存在半极性面的情况。考虑到半极性面异质结不同倾斜角对应不不同晶面对应不同界面电子密度，这必将对器件阈值电压产生很大影响。材料的基本属性，从理论上计算各个晶面的 AlGaN/GaN 异质结构的 2DEG进而在此基础上探讨侧壁异质结界面 2DEG 面密度情况下的器件直流特性要的。
本章我们提出了一种结合极性和非极性异质结的凹槽沟道增强型器仿真器研究了槽深对器件直流特性的影响。此外考虑实际工艺限制，研侧壁不同倾角对凹槽沟道 HEMT 器件特性的影响。首先，介绍了凹槽沟道增强型器件的器件结构和 Silvaco-Atlas 仿真中数和器件模型设置。其次，研究了凹槽侧壁和沟道其他区域极性异质结的开态和关态能带分布情况，解释了凹槽沟道增强型器件的工作原理。接着，探讨了凹槽深度变化对器件转移、跨导、亚阈值、短沟道和击。通过调整器件参数得到了 182 mS/mm 的跨导和 85 mV/dec 的亚阈值们发现，当刻蚀深度达到 500 nm 时，即便是很大的刻蚀深度的变化对响也很微小。这说明此结构对刻蚀工艺有很好的容忍性。此外，我们提增强型器件能够展宽异质结沟道处的高场区域，从而成功提高击穿电压器件相比，此器件结构将击穿电压提高了 78 %。此外通过调节栅金属高功函数的栅金属能够得到更高阈值电压的器件特性。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Influence of a drain field plate on the forward blocking characteristics of an AlGaN/GaN high electron mobility transistor[J]. 赵胜雷,陈伟伟,岳童,王毅,罗俊,毛维,马晓华,郝跃. Chinese Physics B. 2013(11)
[2]X波段大栅宽高输出功率AlGaN/GaN HEMT的研究[J]. 顾卫东,张志国. 半导体技术. 2009(11)
博士论文
[1]基于PIN的IMOS与TFET器件研究[D]. 李妤晨.西安电子科技大学 2013
硕士论文
[1]锗锡隧穿场效应晶体管应变工程和异质结工程研究[D]. 王洪娟.重庆大学 2015
本文编号：3579380
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