三维增强型AlGaN/GaN HEMT的仿真分析

发布时间：2023-04-05 16:10

　　作为第三代半导体材料,AlGaN/GaN以其高击穿场强、高电子饱和速度以及高二维电子气(2DEG)密度而引起人们的广泛兴趣。相比于传统的Si基器件,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在能量密度、开关速度、工作温度以及封装尺寸等方面具有明显的优势。其中增强型器件是目前GaN功率开关器件的研究热点,而传统的增强型AlGaN/GaN HEMT的阈值电压太低。因此本文对一种新型的高阈值电压AlGaN/GaN HEMT进行了研究,其主要内容如下:(1)分析传统的凹槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT的工作原理,并进行该器件的流片实验。试验中对欧姆淀积工艺进行了改善,欧姆接触电阻为0.428Ω·mm;并开发出了一种高效率、低损伤的凹槽刻蚀法,刻蚀后材料表面的粗糙度为0.4 nm。制成的器件最大电流密度为624 mA/mm,阈值电压1.35 V,性能与同期的国际先进水平相当。(2)基于Sentaurus软件对三维围栅增强型AlGaN/GaN HEMT进行仿真分析。通过分析围栅的能带调控原理,阐述了2DEG、侧面导电通道的耗尽与形成。当器件宽度为60 nm时,器件的阈值电压为0.44 ...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内研究现状
    1.3 本文的架构和研究内容
第二章 增强型AlGaN/GaN HEMT的器件物理与流片实验
    2.1 AlGaN/GaN异质结特性
        2.1.1 GaN晶体结构
        2.1.2 AlGaN/GaN异质结的极化效应与 2DEG的产生
    2.2 增强型AlGaN/GaN HEMT的实现方式
    2.3 凹槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT的仿真分析
    2.4 凹槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT的流片实验
        2.4.1 蒸发欧姆金属
        2.4.2 器件表面钝化
        2.4.3 有源区隔离
        2.4.4 新型凹槽栅刻蚀法
        2.4.5 淀积栅介质与栅金属
        2.4.6 器件的性能测试
    2.5 本章小结
第三章 三维围栅增强型AlGaN/GaN HEMT的仿真分析
    3.1 器件结构与参数
    3.2 围栅结构对载流子的调控
        3.2.1 围栅对 2DEG的耗尽作用
        3.2.2 围栅调制 2DEG与侧面导电通道
    3.3 器件的直流特性的仿真分析
        3.3.1 转移特性
        3.3.2 输出特性
        3.3.3 性能对比
    3.4 本章小结
第四章 三维隧穿增强型AlGaN/GaN HEMT的仿真分析
    4.1 肖特基源极器件
        4.1.1 金属/AlGaN的肖特基接触特性
        4.1.2 肖特基源极器件的直流特性
    4.2 平面隧穿增强型AlGaN/GaN HEMT的仿真
    4.3 三维隧穿增强型AlGaN/GaN HEMT的直流特性仿真
        4.3.1 器件结构与参数
        4.3.2 AlGaN厚度对肖特基势垒的调制
        4.3.3 源极金属对肖特基势垒的调制
        4.3.4 器件的转移特性与输出特性
        4.3.5 器件的逆导特性
    4.4 本章小结
第五章 结论
    5.1 本文的主要工作
    5.2 下一步工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果



本文编号：3783720