基于HEMT结构的太赫兹调制器件研究

发布时间：2017-10-03 09:18

  本文关键词：基于HEMT结构的太赫兹调制器件研究

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【摘要】：随着太赫兹技术成为国际社会关注的研究热点的同时,国内的研究也在如火如荼地进行。作为太赫兹无线通信系统和太赫兹成像系统中的重要部件——太赫兹波调制器件成为必不可少的研究对象。关于对太赫兹波的调控技术已有很多的相关报道,从材料的选择方面,包括半导体、石墨烯、氧化钒、光子晶体、超材料等;从调控手段上存在电控、温控、光控等多种方式,但不同的调控技术都存在各自的弊端。例如,电控石墨烯调制器件制备简单且调制速率较快,但是调制深度较小;温控导致二氧化钒相变实现对太赫兹波的调制虽然得到了较高的调制深度,但是调制速率很慢。硅、砷化镓等半导体材料通过和超材料相结合的调制器件是太赫兹调制技术的重要方式之一,但是受限于半导体中载流子迁移率的影响,使得其对太赫兹波的调制速率最高只能达到kHz量级。本文提出一种基于高电子迁移率晶体管结构的太赫兹调制器件,通过电压控制AlGaN/GaN异质结界面处的二维电子气浓度,实现对太赫兹波的高速调制。在研究了关于高电子迁移率晶体管的版图绘制和工艺流程后,通过具体实验步骤中的工艺摸索,得到了电学性能良好的高电子迁移率晶体管。在此基础上,使用软件设计仿真和优化了超材料结构单元,使其谐振频点处于较理想的频段内。绘制高电子迁移率晶体管与超材料结构单元相结合的调制单元版图,并排列成整个调制器件,制出实验所需的掩膜版。在已摸索出的工艺流程和工艺参数的条件下,成功制备出调制器件,通过外加电压于调制器件的栅电极上,可以改变AlGaN/GaN异质结界面处的二维电子气浓度,从而控制晶体管的开启和关断,在与超材料相结合的情况下共同完成对太赫兹波的调制。在对调制器件的透射率和动态调制性能的测试后得到,本调制器件可对太赫兹波的最大调制深度达到约18%,调制速率可达3 MHz。本论文提出的基于高电子迁移率晶体管结构的太赫兹调制器件,能够与Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体工艺相兼容。既适用于动态电信号与太赫兹波耦合的场合,也是构建其他太赫兹系统中重要的功能器件,在太赫兹无线通信、探测和成像方面均具有巨大的应用潜力和价值。
【关键词】：太赫兹波 高电子迁移率晶体管 调制器件 电调控
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN761;TN386
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 太赫兹波概述10-11
• 1.2 太赫兹波的特性和应用11-12
• 1.3 太赫兹调控技术简介12-17
• 1.4 论文研究内容17-19
• 第二章 氮化镓材料及其异质结器件19-28
• 2.1 GaN基材料特性19-21
• 2.2 二维电子气的产生原理21-24
• 2.3 AlGaN/GaN HEMT结构和工作原理24-28
• 第三章 HEMT器件的制备和电学性能研究28-46
• 3.1 HEMT器件的尺寸设计和版图绘制28-30
• 3.2 AlGaN/GaN HEMT器件的具体工艺步骤30-38
• 3.2.1 AlGaN/GaN HEMT的外延生长30
• 3.2.2 AlGaN/GaN HEMT有源区的刻蚀30-32
• 3.2.3 AlGaN/GaN HEMT的源漏欧姆接触32-35
• 3.2.4 AlGaN/GaN HEMT的表面钝化开孔35-37
• 3.2.5 AlGaN/GaN HEMT栅极金属蒸发37-38
• 3.3 AlGaN/GaN HEMT器件的电学性能测试38-44
• 3.3.1 线形传输线模型38-40
• 3.3.2 AlGaN/GaN HEMT的转移和输出特性40-44
• 3.4 本章小结44-46
• 第四章 太赫兹调制器件的制备和性能研究46-62
• 4.1 超材料的仿真与其和HEMT相结合的版图绘制46-50
• 4.1.1 超材料的设计和仿真46-49
• 4.1.2 调制器件的版图设计和绘制49-50
• 4.2 太赫兹调制器件的制备50-54
• 4.2.1 调制器件有源区刻蚀与欧姆金属接触50-51
• 4.2.2 调制器件栅条的制备51-52
• 4.2.3 调制器件介质层沉积和开孔52-53
• 4.2.4 调制器件的超材料层制备53-54
• 4.3 THz调制器件的测试54-60
• 4.3.1 调制器件的TDS测试54-59
• 4.3.2 调制器件的动态测试59-60
• 4.4 本章小结60-62
• 第五章 全文结论与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-70
• 硕士期间所取得的研究成果70-71

【参考文献】

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1 莫漫漫;文岐业;陈智;杨青慧;邱东鸿;李胜;荆玉兰;张怀武;;Strong and broadband terahertz absorber using SiO_2-based metamaterial structure[J];Chinese Physics B;2014年04期

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本文编号：964376