论文摘要
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）由于具有大的直接带隙能、高的饱和漂移速度、大的导带不连续性、良好的热稳定性以及强的自发和压电极化效应,从而在高频、高温和大功率应用方面具有比Si和GaAs基器件更大的优势,成为当前的研究热点之一。但是目前对于AlGaN/GaN HEMT器件理论及实验方面的研究工作还不是很深入和细致。基于此原因,本文对AlGaN/GaN HEMT器件从理论、关键工艺（欧姆接触）以及制造方面进行了详细的研究。主要的研究工作和成果如下：1.研究了制作AlGaN/GaN HEMT器件的材料- AlGaN/GaN异质结材料中的电子分布。在考虑AlGaN/GaN异质结所独有的极化效应的前提下,采用自洽算法耦合求解泊松——薛定谔方程,分析了考虑自发和压电两种极化、考虑自发极化和不考虑极化三种情况下,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中导带结构、电子和电离浓度的分布,分析了极化效应对二维电子气（2DEG）薄层电荷密度的影响；计算了在不同Al组分、不同AlGaN势垒层厚度、不同AlGaN隔离层厚度以及AlGaN势垒层中不同掺杂浓度条件下,AlGaN/GaN HEMTs中的导带结构、电子以及最低三个子带中2DEG的浓度分布,研究了不同因素对AlGaN/GaN HEMT中电子分布的影响,并分析了不同影响因素对2DEG薄层电荷密度的影响；研究了AlGaN势垒层应变弛豫度对导带结构、电子浓度以及2DEG薄层电荷密度的影响,为更进一步的研究AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的电学特性提供了一定的基础。2.建立了非线性电荷控制模型,研究了不同因素对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响。基于对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中的2DEG薄层电荷密度的研究,采用非线性电荷公式描述获得的2DEG薄层电荷密度与栅压的精确关系,建立了考虑场致速度、寄生源漏电阻以及沟道调制效应等因素的AlGaN/GaN HEMT解析模型。通过求解该模型,获得了Al0.15Ga0.85N/GaN HEMT的直流特性、小信号参数——跨导和漏电导以及有效沟道长度的变化。分析了三种不同极化效应条件下（考虑压电和自发两种极化效应、只考虑自发极化效应和不考虑极化效应）对Al0.2Ga0.8N/GaN HEMT中直流输出特性以及跨导特性的影响。分析了不同Al组分以及高Al组分条件下考虑应变弛豫度时,AlGaN/GaN HEMTs中直流、跨导以及漏电导的变化。建立了考虑“自热效应”的AlGaN/GaN HEMT的直流模型,分析了“自热效应”对蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT直流特性的影响。3.研究了AlGaN/GaN异质结上不同金属体系结构的欧姆接触的制作以及欧姆接触特性对器件性能的影响。研究了Ti/Al和Ti/Al/Ni/Au两种金属体系结构在不同比例及厚度条件下,对AlGaN/GaN异质结构上欧姆接触的比接触电阻的影响；分析了不同的退火条件以及不同的表面处理情况下,AlGaN/GaN异质结构上欧姆接触的比接触电阻的变化；研究了温度变化对AlGaN/GaN异质结构上欧姆接触的比接触电阻的影响；讨论了不同厚度的Ti/Al/Ni/Au金属体系结构的欧姆接触对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响。4.基于自主研制的MOCVD生长了不同Al组分（x≤35%）AlxGa1-xN/GaN异质结材料以及两种不同结构的高Al组分的AlGaN/GaN异质结材料。同时通过C-V特性确定了AlGaN/GaN异质结界面处2DEG的存在以及强弱,并对所制备的AlGaN/GaN异质结材料进行了Hall测试。研究了AlGaN/GaN异质结材料的变温Hall效应。5.基于所制备的异质结材料制作了不同Al组分（x≤35%）AlxGa1-xN/GaN HEMT,研究了Al组分对AlxGa1-xN/GaN HEMT器件特性的影响；利用不同结构的AlGaN/GaN异质结材料制造了高Al组分的AlGaN/GaN HEMT,采用HP4156C对所制造的器件特性进行了分析；研究了不同栅长的AlGaN/GaN HEMT器件特性；研究了温度对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响。综上所述,本文采用自洽方法求解了泊松和薛定谔方程,从理论方面研究了不同因素对AlGaN/GaN HEMT中的电子分布的影响。基于该结论建立了非线性电荷控制模型,从理论方面研究了AlGaN/GaN HEMT器件的电学特性以及Al组分和应变弛豫度对器件性能的影响;从实验方面研究了不同金属体系结构对制造AlGaN/GaN HEMT的关键工艺——欧姆接触的影响,并采用自主研制的MOCVD系统制备了不同Al组分（x≤35%）以及不同结构的高Al组分的AlxGa1-xN/GaN异质结材料,成功制造了不同的AlGaN/GaN HEMT器件,为进一步研究和优化AlGaN/GaN HEMT器件性能奠定了基础。
论文目录
相关论文文献
- [1].Characterization of Interface Charge in NbAlO/AlGaN/GaN MOSHEMT with Different NbAlO Thicknesses[J]. Chinese Physics Letters 2015(01)
- [2].High-Temperature Performance Analysis of AlGaN/GaN Polarization Doped Field Effect Transistors Based on the Quasi-Multi-Channel Model[J]. Chinese Physics Letters 2015(03)
- [3].Observation of a Current Plateau in the Transfer Characteristics of InGaN/AlGaN/AlN/GaN Heterojunction Field Effect Transistors[J]. Chinese Physics Letters 2015(12)
- [4].基于第一性原理的AlGaN合金热电性质研究[J]. 人工晶体学报 2019(12)
- [5].In-situ SiN combined with etch-stop barrier structure for high-frequency AlGaN/GaN HEMT[J]. Chinese Physics B 2020(04)
- [6].Effects of Low-Damage Plasma Treatment on the Channel 2DEG and Device Characteristics of AlGaN/GaN HEMTs[J]. Chinese Physics Letters 2020(02)
- [7].Theoretical analytic model for RESURF AlGaN/GaN HEMTs[J]. Chinese Physics B 2019(02)
- [8].Short-gate AlGaN/GaN high-electron mobility transistors with BGaN buffer[J]. Chinese Physics B 2019(04)
- [9].Method of evaluating interface traps in Al_2O_3/AlGaN/GaN high electron mobility transistors[J]. Chinese Physics B 2019(06)
- [10].AlGaN/GaN横向肖特基势垒二极管的仿真与制作[J]. 半导体技术 2018(05)
- [11].Recombination mechanisms and thermal droop in AlGaN-based UV-B LEDs[J]. Photonics Research 2017(02)
- [12].Influence of adatom migration on wrinkling morphologies of AlGaN/GaN micro-pyramids grown by selective MOVPE[J]. Chinese Physics B 2017(06)
- [13].Comparison of GaN/AlGaN/AlN/GaN HEMTs Grown on Sapphire with Fe-Modulation-Doped and Unintentionally Doped GaN Buffer:Material Growth and Device Fabrication[J]. Chinese Physics Letters 2016(11)
- [14].Enhancement of Breakdown Voltage in AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors Using Double Buried p-Type Layers[J]. Chinese Physics Letters 2016(06)
- [15].Fabrication of GaN-Based Heterostructures with an InA1GaN/AlGaN Composite Barrier[J]. Chinese Physics Letters 2016(08)
- [16].Influence of surface states on deep level transient spectroscopy in AlGaN/GaN heterostructure[J]. Chinese Physics B 2016(06)
- [17].Influence of the AlGaN barrier thickness on polarization Coulomb field scattering in an AlGaN/AlN/GaN heterostructure field-effect transistor[J]. Chinese Physics B 2015(08)
- [18].Performance enhancement of an InGaN light-emitting diode with an AlGaN/InGaN superlattice electron-blocking layer[J]. Chinese Physics B 2013(10)
- [19].AlGaN Channel High Electron Mobility Transistors with an Al_xGa_(1-x)N/GaN Composite Buffer Layer[J]. Chinese Physics Letters 2015(07)
- [20].Efficiency improvement of AlGaN-based deep ultraviolet LEDs with gradual Al-composition AlGaN conduction layer[J]. Optoelectronics Letters 2020(04)
- [21].硅基AlGaN紫外大功率LED外延、芯片与封装的专利分析[J]. 中国照明电器 2019(08)
- [22].Parasitic source resistance at different temperatures for AlGaN/AlN/GaN heterostructure field-effect transistors[J]. Chinese Physics B 2017(09)
- [23].Intrinsic relationship between photoluminescence and electrical characteristics in modulation Fe-doped AlGaN/GaN HEMTs[J]. Chinese Physics B 2017(09)
- [24].Excellent-Performance AlGaN/GaN Fin-MOSHEMTs with Self-Aligned Al_2O_3Gate Dielectric[J]. Chinese Physics Letters 2016(09)
- [25].High-Gain N-Face AlGaN Solar-Blind Avalanche Photodiodes Using a Heterostructure as Separate Absorption and Multiplication Regions[J]. Chinese Physics Letters 2017(01)
- [26].Aluminum incorporation efficiencies in A- and C-plane AlGaN grown by MOVPE[J]. Chinese Physics B 2016(04)
- [27].Improved mobility of AlGaN channel heterojunction material using an AlGaN/GaN composite buffer layer[J]. Chinese Physics B 2014(03)
- [28].A GaN AlGaN InGaN last quantum barrier in an InGaN/GaN multiple-quantum-well blue LED[J]. Chinese Physics B 2014(04)
- [29].An improved EEHEMT model for kink effect on AlGaN/GaN HEMT[J]. Chinese Physics B 2014(08)
- [30].Low-resistance Ohmic contact on polarization-doped AlGaN/GaN heterojunction[J]. Chinese Physics B 2014(10)
标签：氮化镓论文; 高电子迁移率晶体管论文; 二维电子气论文; 极化效应论文; 非线性电荷控制模型论文; 自热效应论文; 接触电阻率论文;