N面GaN基HEMT器件的直流特性数值模拟和仿真研究

发布时间：2017-09-02 21:06

  本文关键词：N面GaN基HEMT器件的直流特性数值模拟和仿真研究

  更多相关文章： N面GaN/AlGaN异质结 二维电子气 极化效应 数值模拟

【摘要】：宽禁带半导体GaN材料具有带隙宽、耐高温高压等优良的性能,且可实现探测波段覆盖紫外至红外的整个波段范围,在大功率、微波和抗辐射电子器件、光电探测和照明器件方面具有突出的优势,近年来更是得到快速发展。然而,由于在GaN材料生长方面,N面极性的GaN材料生长条件苛刻,生长质量不佳,目前应用相对成熟的GaN材料还是Ga面极性的。对于铅锌矿GaN这种强极化特性半导体材料,不同极化方向性能差别也很大。N面GaN材料在器件性能上很多都要优于Ga面,N面GaN基异质结器件相比同类Ga面器件具有更低的接触电阻,更好的电子限制效应和更小的栅极漏电流等,在微波高频、高功率器件,太赫兹光电探测,太阳能电池、发光二极管(LED)和气体探测等领域被广泛应用。随着N面GaN材料的生长水平不断发展,关于N面GaN材料及器件的优势将进一步得到体现。本论文利用不同A1的摩尔组分和AlGaN势垒层的厚度等来实现对由极化效应引起的GaN/AlGaN异质结界面的二维电子气浓度的改变,通过自恰求解泊松方程、载流子连续性方程和温度方程等的数值模拟方法对N面极化的GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管的直流输出特性进行了研究,具体包括以下几点：首先,对基于Sentaurus Device仿真平台的物理模型进行了简单介绍；然后,构建了N面GaN/AlGaN HEMT器件结构,结合实验数据进行拟合,对比实验结果修正物理模型,实现仿真研究。最后,对势垒层AlGaN的厚度、A1摩尔组分以及栅极长度三个方面展开研究,分析三者对N面GaN/AlGaN HEMT器件直流输出特性曲线的影响,以及背底Si掺杂浓度对沟道二维电子气的影响。结果分析表明,在一定程度上A1摩尔组分越大,势垒层AlGaN越厚,栅长越短,器件的直流输出性能越好,且当背底Si掺杂的浓度达到1018cm-3以上的时候对决定器件性能的沟道电子气浓度产生显著影响。模拟结果对N面GaN/AlGaN异质结器件的制造和性能改进具有一定的指导意义。
【关键词】：N面GaN/AlGaN异质结 二维电子气 极化效应 数值模拟
【学位授予单位】：云南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ133.51
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 研究背景8-16
• 1.1.1 N面GaN基材料的基本特性8-11
• 1.1.2 N面GaN材料的应用和发展现状11-13
• 1.1.3 N面GaN/AlGaN高电子迁移率晶体管13-16
• 1.2 研究意义16-17
• 1.3 本文的主要工作17-18
• 第二章 TCAD仿真工具和物理模型18-28
• 2.1 Sentaurus TCAD模拟仿真平台18-19
• 2.2 器件仿真中的物理模型19-27
• 2.2.1 静电势和准费米能级19-20
• 2.2.2 载流子的传输模型20-23
• 2.2.3 温度方程23-26
• 2.2.4 边界条件26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 N面GaN基HEMT器件结构模型及能带28-37
• 3.1 N面GaN基HEMT器件结构28-29
• 3.2 N面GaN/AlGaN/GaN HEMT器件的物理模型29-35
• 3.2.1 N面GaN/AlGaN的极化模型29-31
• 3.2.2 N面GaN基HEMT器件传输模型31-35
• 3.3 本章小结35-37
• 第四章 N面GaN基HEMT器件模拟结果分析37-45
• 4.1 N面GaN基HEMT器件模拟直流输出特性37-42
• 4.1.1 Al组分对N面GaN基HEMT器件直流特性的影响38-39
• 4.1.2 栅级长度对N面GaN基HEMT器件直流特性的影响39-41
• 4.1.3 AlGaN势垒层厚度对N面GaN基HEMT器件直流特性的影响41-42
• 4.2 背底Si掺杂对二维电子气的影响42-44
• 4.3 本章小结44-45
• 第五章 总结与展望45-47
• 附录47-48
• 参考文献48-54
• 攻读硕士学位期间完成的科研成果54-55
• 致谢55-56

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本文编号：780871