Broyden算法在薛定谔方程和泊松方程自洽求解中的应用

利用Broyden算法,通过自洽求解一维半导体量子线的电子浓度分布和电势分布,和常用的牛顿法以及逐次超松弛(SOR)法相比较,确认了Broyden算法的收敛结果正确,并减少了达到收敛的迭代步数,是对于薛定谔方程和泊松方程组成的非线性方程组系统自洽求解的有力工具.

对自恰求解薛定谔方程和泊松方程的数值迭代方法的研究

比较了用在自洽求解薛定谔方程和泊松方程中改变松弛因子的一般迭代方法和Predictor-corrector迭代方法。数值试验表明,使用一般迭代方法求解时,收敛速度慢或迭代过程中解振荡,从而不能得到收敛的结果;而使用Predictor-corrector迭代方法时,会加快方程的收敛速度,提高数值的稳定性。最后求解了几个常用于高电子迁移率晶体管的异质结的能带图和电子浓度的分布,并解释其物理意义。

AlGaN/InGaN/GaN双异质结构中2DEG的数值模拟

由于InGaN的物理性质,在传统AlGaN/GaN单异质结中嵌入一定厚度的InGaN层,会使二维电子气的密度提高为原来的近两倍。正是从导带差、极化效应两个方面分析了这种现象的原因,并且通过自洽求解泊松方程和薛定谔方程分别作出了AlGaN/InGaN/GaN双异质结和AlGaN/GaN单异质结的能级图以及2DEG的电子能量图,进一步解释了该现象。

氮极性GaN/In_(0.17)Al_(0.83)N高电子迁移率晶体管材料机理与器件特性分析

晶格匹配的氮极性(N-polar)GaN/In_(0.17)Al_(0.83)N异质结以其优异的材料与电特性受到了研究者的广泛关注。通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程,结合准二维模型,模拟计算了N-polar GaN/In_(0.17)Al_(0.83)N高电子迁移率晶体管(HEMT)相关材料与器件特性。分析显示GaN沟道层、In_(0.17)Al_(0.83)N背势垒层和Al N插入层厚度增大都可以提升二维电子气(2DEG)面密度和限阈性,且其影响度依次增大。GaN沟道层厚度高于10 nm或In_(0.17)Al_(0.83)N背势垒层厚度高于25 nm后2DEG面密度有饱和趋势,而Al N插入层的引入使2DEG面密度增幅更大,同时也提升了In_(0.17)Al_(0.83)N背势垒层材料质量和异质结内2DEG迁移率及限阈性。准二维模型计算表明N-polar GaN/Al N/In_(0.17)Al_(0.83)N HEMT器件最大漏电流和峰值跨导分别为160 m A·mm^(-1)和84.5 m S·mm^(-1)。

应用于微波通信系统新型器件GaN HEMT研究

通过自洽求解一维泊松方程,计算了应用于微波通信系统的非故意掺杂AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的外延层结构参数对器件的二维电子气(2DEG)浓度,跨导等性能的影响。通过理论分析并结合TCAD软件最终确定AlGaN/AlN/GaNHEMT的最佳外延层结构。对栅长0.3μm和栅宽100μm的器件仿真结果表明,器件的最大跨导为418mS/mm,器件的最大电流密度为2300mA/mm,性能良好。

高线性度Al_xGa_(1-x)N/Al_yGa_(1-y)N/GaN高电子迁移率晶体管优化设计

对新型复合沟道AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)进行了优化设计.从半导体能带理论与量子阱理论出发,自洽求解了器件层结构参数对器件导带能级以及二维电子气(2DEG)中载流子浓度和横向电场的影响.用TCAD软件仿真得到了器件的层结构参数对器件性能的影响.结合理论分析和仿真结果确定了器件的最佳外延层结构Al0.31Ga0.69N/Al0.04Ga0.96N/GaNHEMT.对栅长1μm,栅宽100μm的器件仿真表明,器件的最大跨导为300mS/mm,且在栅极电压-2—1V的宽范围内跨导变化很小,表明器件具有较好的线性度;器件的最大电流密度为1300mA/mm,特征频率为11.5GHz,最大振荡频率为32.5GHz.