非极性面AlGaN/GaN异质结各向异性迁移率的理论研究

发布时间：2024-07-01 22:53

　　GaN材料具有宽禁带、高击穿场强、高电子迁移率、高电子饱和速度、耐腐蚀、抗辐射等优势,非常有利于制作高频率、高温以及大功率器件。基于GaN异质结和二维电子气(2DEG)电导的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在近年来得到了广泛深入的研究。理论上,非极性GaN异质结比极性GaN异质结更易于制备增强型的HEMT器件。然而实验显示,极性GaN HEMT器件的2DEG迁移率为各向同性,且可以达到2000cm2/(Vs);非极性GaN HEMT器件的2DEG迁移率却表现出各向异性,且最大值只有不到200 cm2/(Vs)。非极性GaN异质结这种特殊的2DEG输运行为对非极性GaN HEMT的开发具有负面的影响,初步的研究显示其成因可能与非极性GaN异质结界面形貌的各向异性以及层错缺陷有关,但机理还很不明确。基于各向异性二维电子气输运的一般理论,本文对非极性面AlGaN/GaN异质结界面的几种各向异性散射机制以及带电基底堆垛层错对2DEG迁移率的影响建立了模型并进行了定量分析,计算结果与实验数据具有很好的一致性。这些散射机制和带电层错影响迁移率的机理分别描述如下。在非极性m面AlGaN/GaN异质...

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【部分图文】：

图1.1GaN的晶体结构：纤锌矿（左）和闪锌矿（右）

图1.1GaN的晶体结构：纤锌矿（左）和闪锌矿（右）目前绝大部分关于氮化物的研究都集中在纤锌矿结构材料（如表1.1所列GaN性质即纤锌矿GaN性质），以下所讨论的氮化物在不说明的情况下指纤锌矿结构氮化物。GaN的密度是6.1g/cm3，是一种稳定且坚硬的材料....

图1.2AlGaN/GaN异质结构二维电子气能带图

带半导体材料中，GaN材料不仅本身有着杰出的材料特性，更重要带更宽的AlGaN三元合金材料结合，制备形成具有二维电子气(2D异质结。该结构在室温下可获得较高的电子迁移率（2000cm2/(Vs)）（3×107cm/s）和饱和电子速度（2×107cm/s），同时二维电子气浓....

图1.4HEMT的光学成像图，其栅指向各不相同(a)90°(b)67°(c)45°(d)23°(e)0°，(f)图为栅指向角度的图示

为非极性材料的研究相对较不成熟，非极性材料的很多特性还没有定量定性的解释这对非极性材料和器件的物理机理研究提出了巨大的挑战。1.2.3非极性GaN基器件各向异性的输运特性目前，由于非极性材料中存在着严重的各向异性问题，人们对于非极AlGaN/GaN异质结的研究还处于初级阶....

图1.5迁移率和跨导随栅指向角度不同的变化

图1.5迁移率和跨导随栅指向角度不同的变化yukiKuroda等人[22]也进一步研究了非极性a面AlGaN/GaNHFEI-V特性曲线。其中在不同栅指向下的输出特性曲线如图1.6所栅指向的器件的栅电流相比于<0001>栅指向的器件具有更高的漏在此指向下器....

本文编号：3999307