高κ叠栅alganganmos-hemt器件特性研究

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1、高κ叠栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件特性研究作者姓名王开科导师姓名、职称刘红侠教授一级学科电子科学与技术二级学科微电子学与固体电子学申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月学校代码10701学号1211122702分类TN82号TN4密级公开西安电子科技大学硕士学位论文高κ叠栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件特性研究作者姓名：王开科一级学科：电子科学与技术二级学科：微电子学与固体电子学学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：刘红侠教授提交日期：2014年11月StudyonHighκDielectricStackGateAlGa

2、N/GaNMOS-HEMTCharacteristicsAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterofElectronicScienceandTechnologyBywangkaikeSupervisor:Prof.LiuhongxiaNovember2014西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所

3、知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部

4、分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要无线通讯技术的快速发展对高频大功率器件提出了更高的要求，以便能够满足移动互联网时代数据快速稳定交换的需要。GaN材料具有良好的热导率，大的禁带宽度，高的载流子迁移率，弥补了以Si和GaAs为代表的前两代半导体材料固有的一些缺点，在高频大功率方面展现出巨大的应用潜力，使其迅速脱颖而出，成为研究热点。为解决H

5、EMT器件肖特基结导通电压小，栅极泄漏电流较大等可靠性问题，引入MOS结构。MOS-HEMT器件在一定程度上可以抑制栅极泄漏电流，提高击穿电压，扩展器件的应用范围。随着工艺提升，器件特征尺寸减小，但器件沟道中的电场强度并未减小。氧化层厚度减小，而电场强度增大，直接遂穿几率增大，栅氧击穿更易发生。沟道内电场的增大伴随着器件的载流子迁移率的下降与击穿电压的降低。本文主要从这两个方面对器件结构和参数进行改进，降低泄漏电流，提高击穿电压。本文研究的主要课题是高κ叠栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件的实现及优化。通过理论分析对器件进行仿真建模，拟对器件的结构

6、及工艺参数进行变化，观察其对器件性能的影响，从而优化器件的性能。本文首先仿真对比了MOS结构的HEMT器件相对肖特基结构的HEMT器件的栅极泄漏电流，以及器件的直流特性对比，总结两者的优劣。然后针对器件异质结沟道掺杂浓度，Al组分的大小，栅介质材料，栅介质厚度等对沟道中二维电子气浓度以及载流子迁移率大小的影响。最后本文仿真了偏栅结构器件的基本电学特性，重点研究了此偏栅器件相比于普通器件沟道中电场峰值的改善情况，以及高漏压情况下对载流子高场迁移率的改善。通过研究发现，MOS结构确实可以很好的解决当栅压接近肖特基结导通电压时，器件栅极泄漏电流急剧增大的问题，

7、但却使得栅控能力和跨导降低。继而，引入高κ介质可以改善MOS结构带来的一些弊端，叠栅结构的引入更是改善了器件的栅极的界面状态，抑制了电流崩塌等效应。通过基础理论以及仿真分析之后得出，器件沟道中的二维电子气随着AlGaN势垒层的掺杂浓度和Al组分的增加而增大，但是载流子的迁移率在掺杂浓度较高和Al组分太大时，发生严重退化，直接影响器件的电学特性。因此合适的掺杂浓度有助于提高器件的直流电学特性，同样合适的Al组分才能使得器件的性能发挥到最优。本文最后仿真了偏栅结构的AlGaN/GaN器件的基本特性，从仿真结果可以看出，偏栅结构可以降低器件沟道中的电场强度峰值

8、约10%左右，提高了器件的击I西安电子科技大学硕士学位论文穿电压。改善迁移率随漏