InGaAs／InAlAs／InP异质结构场效应晶体管的选择湿法腐蚀

ＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰ异质结构场效应晶体管的选择湿法腐蚀ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＷｅｔＥｔｃｈｉｎｇｆｏｒＩｎＧａＡｓ／ＩｎＡｌＡｓ／ＩｎＰＨｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅＦｉｅｌｄ－ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒｓＭ．Ｔｏｎｇ等１引言异质结构...

氮化物异质结电子气的二维特性和迁移率

从自洽求解薛定谔方程出发,计算了氮化物异质结中的二维电子气、退局域态和二维表面态。研究了电子气二维特性与迁移率间的关联。用电子气的二维特性和沟道电子向表面态溢出模型解释了室温和低温下迁移率随电子浓度变化的行为。以电子迁移率与异质结构间的关联为依据,提出了优化设计异质结构来增大电子迁移率和降低迁移率随电子浓度变化的新思路。

AlGaN／GaN异质结构中的极化工程

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了AlGaN/GaN量子阱电子气密度随Al组份比、势垒层厚度和栅压的变化,比较了能带带阶和极化电荷对沟道阱能带和电子气特性的影响,研究了在势垒层和缓冲层中夹入AlN及InGaN薄层的作用,计算了AlGaN/GaN/AlGaN双异质结的能带,最后探讨了势垒层能带的优化设计,提出了剪裁势垒层能带来钝化表面的新方法。

用异质结构控制GaN阴极电子发射

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了GaN异质结构上偏压变化时异质结电场的变化。发现异质结量子阱能把外电场屏蔽在异质界面以外。利用这种异质结量子阱的屏蔽效应,可以使外电场都降落在异质结表面来控制表面势。为了把表面电势剪裁成半导体阴极所需的陡直下降的电势结构,进一步深入研究了双势垒异质结的电场结构,发现外面的异质结能屏蔽里面异质结的势垒。利用这种双势垒异质结的屏蔽效应设计出可由偏压直接控制电子亲合势的异质结构,从而为半导体阴极开辟出一条新的研究途径。

基于宽禁带GaN基异质结结构的垂直型高温霍尔传感器

目前市场主流的窄禁带材料霍尔磁场传感器主要工作在室温或低温环境,而新型的宽禁带GaN材料霍尔传感器虽然适用于高温,但器件结构主要是水平型,受制于异质结界面过高的纵向电场约束,能探测平行器件表面磁场的垂直型结构至今未见报道,因此技术上无法实现单一芯片三维磁场探测.针对该难题,本文提出基于宽禁带AlGaN/GaN异质结材料,采用选区浅刻蚀二维电子气沟道势垒层形成局部凹槽结构的方案,从而实现垂直型结构霍尔传感器,并且可有效地提高磁场探测灵敏度.首先对照真实器件测试数据对所提器件材料参数和物理模型进行校准,然后利用计算机辅助设计技术(TCAD)对器件电极间距比值、台面宽度、感测电极长度等核心结构参数进行优化,同时对器件特性进行深入分析讨论.仿真结果表明所设计的霍尔传感器具有高的磁场探测敏感度(器件宽度为2μm时为113.7 V/(A T))和低的温度漂移系数(约600 ppm/K),器件能稳定工作在大于500 K的高温环境.本文工作针对宽禁带材料垂直型霍尔传感器进行设计研究,为下一步实现在单一芯片同时制造垂直型和水平型器件,从而最终获得更高集成度和探测敏感度、能高温应用的三维磁场探测技术奠定了理论基础.

一种考虑自热效应的AlGaN/GaN HEMT大信号模型

当AlGaN/GaN HEMT输出高功率密度时,器件沟道温度的升高将引起电流的下降(自热效应)。提出了一种针对AlGaN/GaN HEMT改进的大信号等效电路模型,考虑了HEMT自热效应,建立了一种改进的大信号I-V特性模型,仿真结果与测试结果符合较好,提高了大信号模型的精度。

通孔结构Si衬底AlGaN/GaN HFET的热特性模拟

使用有限元软件ANSYS,对通孔结构Si衬底Al GaN/GaN HFET进行了热特性模拟。首先,根据器件结构建立了以栅极为热源的分析模型。然后,通过改变衬底材料、衬底厚度、栅间距以及通孔深度,分别研究了两栅指结构HFET的峰值温度和热阻。最后,对由两栅指结构扩展得到的多栅指结构HFET进行了模拟。结果表明,衬底材料、衬底厚度、栅间距和通孔深度对器件的热特性均有明显的影响,选择合适的参数有利于改善器件的性能;当栅指数目增加时,器件的峰值温度增大,散热趋向于困难。

AlGaN/GaN异质结中极化效应的模拟

提出了一种将极化效应引入GaN基异质结器件模拟中的方法. 在传统器件模拟软件中, 通过在异质结界面插入d 掺杂层, 利用其离化的施主或受主充当极化产生的固定电荷从而引入极化效应. 模拟了 Ga面生长和 N面生长的AlGaN/ GaN单异质结, 结果显示只有前者在异质结界面有载流子限制效应, 而后者没 有; Ga面生长的AlGaN/GaN异质结界面处自由电子面密度随Al组分以及AlGaN的厚度增加而增加. 以上模拟结果与其他报道中的实验以及计算结果一致, 说明该方法可有效地将极化效应引入GaN基异质结器件的模拟中.

用于功率变换的高击穿增强型AlGaN/GaN HEMTs

首次采用CF4等离子体技术实现可用于功率变换的增强性AlGaN/GaN功率器件。实验结果表明,当AlGaN/GaN器件经功率150W和时间150s等离子体轰击后,器件阈值电压从-4V被调制约为0.5V,表现为增强型。当漂移区LGD从5μm增加到15μm,器件的击穿电压从50V迅速增大到400V,电压增幅达350V。采用长度为3μm源场板结构将器件击穿电压明显地提高,击穿电压增加约为475V,且有着比硅基器件更低的比导通电阻,约为2.9mΩ.cm2。器件模拟结果表明,因源场板在远离栅边缘的漂移区中引入另一个电场强度为1.5MV/cm的电场,从而有效地释放了存在栅边缘的电场,将高达3MV/cm的电场减小至1MV/cm。微波测试结果表明,器件的特征频率fT和最大震荡频率fMAX随Vgs改变,正常工作时两参数均在千兆量级。栅宽为1mm的增强型功率管有较好的交直流和瞬态特性,正向电流约为90mA。故增强型AlGaN/GaN器件适合高压高频大功率变换的应用。

基于量子微扰的AlGaN/GaN异质结波函数半解析求解

基于量子力学微扰理论的分析 ,得到AlGaN GaN异质结波函数的半解析模型 .给出了模型的理论分析和计算结果 .对于相同问题 ,给出了与差分算法的对照结果 .与传统的差分方法相比 ,半解析方法具有收敛性强、大规模问题计算效率高的特点 ,更适合作为AlGaN GaN异质结量子阱的求解算法 .

Al_xGa_(1-x)N/GaN调制掺杂异质结构的子带性质研究

通过低温和强磁场下的磁输运测量研究了Al0 2 2 Ga0 78N GaN调制掺杂异质结构中 2DEG的子带占据性质和子带输运性质 .在该异质结构的磁阻振荡中观察到了双子带占据现象 ,并发现 2DEG的总浓度随第二子带浓度的变化呈线性关系 .得到了该异质结构中第二子带被 2DEG占据的阈值电子浓度为 7 3× 10 1 2 cm- 2 .采用迁移率谱技术得到了不同样品的分别对应于第一和第二子带的输运迁移率 .发现当样品产生应变弛豫时第一子带的电子迁移率骤然下降 ,而且第二子带的电子迁移率远大于第一子带的电子迁移率 .用电子波函数分布和应变弛豫时的失配位错散射解释了上述现象 .同时进一步说明了界面粗糙散射和合金无序散射是决定AlxGa1 -xN GaN异质结构中

AlGaN/GaN界面特性研究进展

GaN是一种宽禁带半导体材料,由于具有优越的热稳定性和化学稳定性,使这种材料和与其相关的器件可以工作在高温和恶劣的环境中,并可用于大功率微波器件。本文主要介绍AlGaN/GaN有关界面特性,该特性反映了纵向纳米尺度下的能带特性;从AlGaN/GaNHEMT设计出发,给出了材料性质和结构参数对AlGaN/GaN异质结二维电子气特性影响的研究结果;讨论了AlGaN/GaN界面2DEG载流子的输运性质;分析了材料缺陷对AlGaN/GaN界面2DEG性质的影响;指出了有待研究的问题和方向。

AlInN三明治势垒GaN HFET

介绍了国际上AlInN势垒HFET的最新发展。从器件性能分析中发现这种新势垒显著提高了沟道电子气密度,增大了强场漂移速度,消除应变提高了器件可靠性和热稳定性,能在高温下有效工作,使GaN HFET研究走上新的台阶。但是薄势垒引起的大栅流和电流崩塌是阻碍器件性能提高和实际应用的主要瓶颈。利用AlInN/AlGaN异质界面的大能带带阶和强极化电荷来剪裁能带,设计出新的三明治势垒,满足内、外沟道和欧姆接触势垒的要求。可望消除上述瓶颈,使AlInN势垒GaN HFET付诸实用。

蓝宝石上高电子迁移率AlGaN/GaN材料的研究

通过优化蓝宝石衬底上GaN材料缓冲层和Mg掺杂生长工艺,获得了高质量的半绝缘GaN缓冲层,同时通过优化AlGaN/GaN异质结材料中AlN插入层的厚度,获得了性能优良的AlGaN/GaN HEMT材料。室温下2DEG载流子面密度为1.21×1013/cm2,迁移率为1970 cm2/V.s,77 K下2DEG迁移率达到13000 cm2/V.s。

GaN E-D HEMT集成逻辑门电路特性研究

基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的高质量AlGaN/GaN异质结构材料,采用选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN增强型/耗尽型(E/D)HEMT器件的集成,应用直接耦合场效应管逻辑(DCFL)设计并研制GaN E/D HEMT集成逻辑门电路。通过对GaN E/D器件性能以及逻辑门电路性能的分析讨论,研究了GaN E/D器件性能对逻辑门电路性能的影响。同时还对选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN E/D器件存在的问题进行了分析讨论。

AlGaN/GaN HFET的优化设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了AlGaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题。阐述了非掺杂的AlGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态。2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系。揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌。指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走。

GaN HFET的综合设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发,研究了负极化电荷在强化沟道阱量子限制和能带剪裁中的作用。优化设计负极化电荷的位置后给出了新的复合势垒设计。提出了新的动态电流崩塌模型和二维异质结构概念,把原位Si3N4钝化和复合势垒结合起来实现二维异质结构。用AlGaN/AlInN复合势垒解决了AlInNHFET中的欧姆接触电阻大和沟道不易夹断两大难题。通过能带剪裁和二维异质结构设计完成了包含钝化、场板电极、挖槽、薄势垒欧姆接触、GaN帽层和AlN插入层等方案优点的新综合设计。

双轴应变下GaN有效质量的计算及其对迁移率的影响

通过计算双轴应变下氮化镓的电子能带结构,给出了GaN有效质量与应变的变化关系。在弛豫时间近似的条件下,这种关系决定了双轴应变AlGaN/GaN中二维电子气(2DEG)的迁移率的改变。在其他物理参量不变的情况下,这种二维电子气迁移率将随着张应变的增加而增加,并随着压应变的增加而减小。计算结果表明,张应变对2DEG迁移率的影响要比压应变大。此外,GaN有效质量的变化在低温时对迁移率的作用更明显。而在低温低浓度的条件下,迁移率却对有效质量的依赖很小。

f_T为350 GHz的InAlN/GaN HFET高频器件研究（英文）

采用再生长n^+GaN非合金欧姆接触工艺研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs),器件尺寸得到有效缩小,源漏间距减小至600 nm.通过优化干法刻蚀和n^+GaN外延工艺,欧姆接触总电阻值达到0.16Ω·mm,该值为目前金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备的最低值.采用自对准电子束曝光工艺实现34 nm直栅.器件尺寸的缩小以及欧姆接触的改善,器件电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.器件的开态电阻(R_(on))仅为0.41Ω·mm,栅压1 V下,漏源饱和电流达到2.14 A/mm.此外,器件的电流增益截止频率(f_T)达到350 GHz,该值为目前GaN基HFET器件国内报道最高值.