GaN HEMT高频特性的研究

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1、分类号：TN325.3密级：公开UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文GaNHEMT高频特性的研究论文作者：侯斌武学生类别：全日制学科门类：工学硕士学科专业：物理电子学指导教师：赵红东职称：教授IDissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofPhysicalElectronicsRESEARCHONHIGHFREQENCYOFGaNHEMTByHouBinwuSupervisor:Prof.ZhaoHongdongMarch201

2、6IIIII摘要由第三代宽禁带半导体材料GaN构成的HEMT器件，凭着其在高温、高频、大功率等方面的明显优势，在移动通信、雷达系统、电力电子、微波功率、航空航天等领域得到广泛应用。做为一种新型半导体器件，各方面性能提升还有很大空间，本文针对GaNHEMT的高频特性进行研究，目的提高器件频率。本文对研究背景进行简单概括，阐述了半导体材料的发展及第三代半导体材料的优势和GaN基HEMT器件在国内外的发展状况，概括了GaN及其与其它半导体构成的三元合金材料所具有的性质及AlGaN/GaNHEMT的器件结构和工作原理。利用SILV

3、ACOATALAS软件建立器件模型，从三个方面研究提高器件的频率：第一，通过理论计算和器件模拟对AlGaN/GaNHEMT器件的电子迁移率、导电沟道、直流及瞬态特性进行仿真，从微观到宏观分析其整个工作过程，通过改变器件的掺杂浓度及掺杂层厚度缩短器件电容的充放电时间，提高器件频率。第二，在HEMT器件的GaN层加入不同厚度的AlGaN和不同In组分的InxGa1-xN背势垒，对其输出和瞬态特性进行研究，以提高器件频率。第三，对于新型半导体三元合金材料InxAl1-xN构成的InxAl1-xN/GaNHEMT器件进行探索性的研

4、究，通过瞬态仿真，从时域方面分析不同In组分对器件频率的影响，取合适组分，进一步提高器件频率。结果表明，将HEMT器件的栅极电压设置为3V，AlGaN层掺杂浓度设置为19−31.24×10cm时，异质结处的电子迁移率达到最大值，电容充电时间最短，电容充放电时间也达到最短，从而使得器件频率增加。当AlGaN掺杂层的厚度为7nm时，电容的充电时间最短，电容的充放电时间最短，提高器件频率。加入背势垒后器件的输出特性明显增强，电容充放电时间变短，器件频率特性提高。在距异质结界面10nm处加入的AlGaN背势垒层厚度为7nm时，HE

5、MT器件的输出特性最好，电容充放电时间最短；在距异质结界面5nm处加入厚度为5nm的InxGa1-xN背势垒，器件输出特性和电容充放电时间最优，并且随着In组分的增加，器件的输出特性逐渐增强。不同In组分的InxAl1-xN/GaNHEMT器件，随着In组分的增大输出电流减小，当In组分为55%时，器件电容的充放电时间最短。关键词：HEMT器件结构背势垒电容充放电时间频率IVABSTRACTGaNHEMTsasthethirdgenerationofwidebandgapsemiconductormaterialdevic

6、eshaveabviousadvantagesattheaspectsofhightemperature，highfrequency，highpower，andsoon．Theywerewidelyusedinmobilecommunication，radarsystem，powerelectronics，microwavepower，aerospace，andotherfields．Thebackgroundofpaperwassimplystated，DevelopmentadvantsgesofGaNmaterial

7、sanddevelopmenthistoryandresearchstatusofGaNHEMTwereelaborated．PropertiesofGaNandAlGaNmaterials，AlGaN/GaNHEMTdevicestructureandworkingprincipleweresummarized．TheSILVACOATALASsoftwarewasusedtosetupthedevicemodeandthedevicefrequencywasimprovedforthreeaspect．First，th

8、roughtheoreticalcalculationanddevicesimulationofAlGaN/GaNHEMTdevicesoftheelectronmobility，conductivechannel，directcurrentandtransientproperties，frommicr