gan基fp-hemt器件的新结构与解析模型研究

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1、万方数据摘要摘要近年来，GaN基高电子迁移率晶体管(GaN基HEMT)以其优异特性，在大功率、高温、高频、抗辐照等应用领域中备受人们关注。而场板技术的引入，推动了GaN基HEMT的性能的更显著提高，为器件可满足当前更广泛的应用需求奠定了基础。场板可以提高GaN基HEMT器件的击穿电压、输出功率，并可改善器件的可靠性，然而，当前的众多现实问题，比如，高击穿场板器件结构的设计和工艺实现问题、高反向击穿场板器件结构的设计问题、复杂场板器件的优化设计问题等，仍然是国内外众多研究者们关注的焦点。本论文，针对上述关键问题开展了系统、深入的研究，主要的研究工作和成

2、果如下：（1）提出了一种制造工艺简单且击穿电压高的T形栅场板GaN基HEMT器件，并基于数值仿真研究了该新型器件的沟道电场分布特点和规律。研究结果表明，相比传统的单层场板GaN基HEMT器件，T形栅场板可形成额外的沟道电场峰，从而可更有效地调制栅漏区域的电场分布，以改善器件正向击穿特性。（2）在改善GaN基HEMT器件反向阻断能力方面，提出了肖特基漏极多层漏场板HEMT器件和肖特基漏极复合场板GaN基HEMT器件两种新型器件，并对其工作机理进行了深入分析。研究结果表明，这两种结构均可以有效调节器件沟道电场分布，显著提高器件的反向击穿电压。在肖特基漏极

3、多层漏场板GaN基HEMT器件中，可通过增加场板个数增加反向击穿电压，而在肖特基漏极复合场板GaN基HEMT器件中，通过增加浮空场板个数可以持续增加击穿电压，且该器件工艺实现相对更为简单。此外，本论文在对上述两类器件研究中，得到了众多具有实用价值的研究结果，这对于将来的器件实际工艺制作具有一定的参考意义。（3）基于泊松方程分别研究了传统栅场板HEMT器件和浮空栅场板HEMT器件的二维解析模型，模型中考虑了极化效应、耗尽区横向扩展、电容耦合等重要因素，基于所建解析模型详细分析了主要器件参数对沟道电势和沟道电场分布的影响，得到了具有实用价值的规律，最后采

4、用Silvaco-TCAD数值仿真对所建模型进行了验证。研究结果表明，所构建的解析模型与数值仿真结果一致性较好，利用这些模型可以快速设计优化场板器件结构，分析器件工作物理机制。同时，这些模型的建模方法也可用于其他场板器件的建模中，具有很强的可移植性。关键字：GaN基FP-HEMT，正向击穿，反向击穿，二维解析模型I万方数据西安电子科技大学硕士学位论文II万方数据ABSTRCTABSTRCTRecently,theGaN-basedHEMThasattractedwideattentioninfieldsofhighpower,hightemperat

5、ure,highfrequencyandanti-radiationduetoitsexcellentcharacteristics.Withtheintroductionofthefield-platetechniques,theperformanceoftheGaN-basedHEMThasbeenimprovedsignificantly,whichisfundamentalforthedevicetosatisfythecurrentmoreapplications.Field-plateshavetheprioritiesinenhanci

6、ngthebreakdownvoltageandoutputpoweraswellastheimprovementofreliabilityoftheGaN-basedHEMT.However,manypracticalproblems,suchasthedesignandprocessimplementationofhighbreakdownfield-plateddevices,thedesignofthefield-plateddeviceswithhighreversebreakdownvoltage,theoptimizationandde

7、signofthedeviceswithcomplexfield-plate,arestillthefocusofmanyresearchershomeandabroad.Systemicanddeepstudieshavebeencarriedoutaimingatthecriticalproblemsaboveinthisthesis.Themainresearchesandresultsarepresentedasfollowing.(1)AT-shapedgatefield-platedGaN-basedHEMTwithsimpleproce

8、ssandhighbreakdownvoltageisproposed.Thecharacteristics