AlGaN/GaN FP-HEMTs的制造与研究

摘要

GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）器件已经表现出了出色的微波功率性能，A1GaN/GaNHEMT器件被认为是1—50GHz频率范围内理想的微波功率器件。但是，仍然存在两个问题严重阻碍了其在微波大信号领域的发展，一个电流崩塌，一个是击穿电压。 本文即在此背景下对GaNHEMT器件采用场板结构对器件造成的一系列影响进行了研究，同时鉴于利用钝化工艺来抑制电流崩塌会引起器件击穿电压的下降，研究并得出了采用场板结构能够有效地抑制电流崩塌。主要研究结果如下： 1、研究了场板提高击穿电压的机理。 研究并说明了采用场板能够调制电场在近漏端栅边缘的分布并减小电场强度峰值，从而提高器件击穿电压的机理，同时说明了影响击穿电压最重要的三个尺寸参数与两个材料参数。 2、成功实现了对GaN基HEMT器件与FP—HEMT器件的仿真并给出对比分析。 利用ATLAS软件对GaN基HEMT器件与FP—HEMT器件进行了仿真对比，研究并分析了二者在Ⅰ—Ⅴ特性，频率特性上的区别，说明了采用场板后在上述两方面有略微的下降；研究并分析了有场板与无场板时HEMT器件的电场分布，说明了采用场板后，的确能调制近漏端栅边缘的电场分布并在场板边缘处出现一个新的峰值从而降低了最大峰值；研究并分析了钝化层厚度对电场分布的影响，说明存在一个最佳值使得电场峰值最小。 3、研究了GaNHEMT器件发生击穿的区域 通过ATLAS软件对GaNHEMT器件在不同区域的电场分布进行了模拟对比，发现在A1GaN/GaN界面处的电场峰值最大，并从理论上解释了GaNHEMT器件发生击穿区域出现在A1GaN/GaN界面处的原因。 4、研究了不同击穿电压的测量方法。 通过研究并对比了不同击穿电压的测量方法，例如图际上最流行，最简单的二端法，最接近击穿机理的硬击穿法等。说明了三端法中的DCIT方法是比较好的一种方法，因为既能够避免二端法所存在的弊端，又能兼顾实际的器件工作状态，还能够保护器件，不烧毁器件。 5、成功制造出了高性能的A1GaNFP—HEMT器件，并对其进行了深入的分析与研究。 对蓝宝石衬底的A1GaN/GaNFP—HEMT器件和同一基片上制作的常规HEMT器件的直流特性进行了测量对比分析，表明了最大饱和电流密度与跨导有一定的下降，并与模拟仿真结果进行了对比，说明了二者有较好的符合。 通过对比了常规HEMT器件，钝化后HEMT器件以及FP—HEMT器件的击穿电压与同一条件下的电流崩塌情况，说明了采用场板结构能很好的解决GaN基HEMT器件中存在的抑制电流崩塌和提高击穿电压的矛盾，最后从理论上给出了解释。 综上所述，本文成功地研究了场板对GaN基HEMT器件的影响，从理论上、模拟仿真上以及实验上对FP—HEMT器件进行了深入的研究，并与常规HEMT器件进行了一系列的对比，并针对GaN基HEMT器件中存在的抑制电流崩塌与提高击穿电压之间的矛盾，进行了有益的分柝与研究，并得到了良好的解决。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

§1.1 GAN材料简介

§1.2 GAN器件发展历程以及本文的研究意义

§1.3 FP-HEMTs国际国内研究现状

§1.4本文的主要工作与安排

第二章 场板对器件的影响

§2.1场板提高击穿电压机理

§2.2 GAN基FP-HEMT器件的基本模型和器件特性

2.2.1 ATLAS(Silvaco)软件

2.2.2 GaN基HEMT仿真的基本问题

2.2.3 FP-HEMT的基本模型

§2.3本章小结

第三章 GAN HEMTs击穿的研究与击穿电压的测量方法

§3.1HEMT器件发生击穿的区域的研究

§3.2击穿电压的测量

3.2.1 常规击穿电压测量的方法以及其局限性

3.2.2漏极电流注入技术(DCIT)

§3.3击穿电压的WalKout现象

§3.4本章小结

第四章 AlGaN/GaN FP-HEMTs的制造与研究

§4.1 AlGaN/GaN FP-HEMTs的制造

4.1.1 AlGaN／GaN HEMTs制造的基本工艺流程

4.1.2 AlGaN／GaN FP-HEMTs的制造

§4.2 AlGaN/GaN FP-HEMTs的研究

4.2.1 AlGaN／GaN FP-HEMTs直流特性的研究

4.2.2 AlGaN／GaN HEMTs中击穿电压与电流崩塌的矛盾

§4.3本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目