栅介质的介电特性对AlGaN%2fGaNMISHEMTs性能影响研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORTHESIS论文题目栅介质的介电特性对AlGaN/GaNMISHEMTs性能影响研究学科专业电子信息材料与元器件学号200911030127作者姓名田本朗指导教师刘兴钊教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文栅介质的介电特性对AlGaN/GaNMISHEMTs性能影响研究（题名和副题名）田本朗（作者姓名）指导教师刘兴钊教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电子信息材料与元器件提交论文日期2013.04

2、论文答辩日期2013.06学位授予单位和日期电子科技大学2013年06月23日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据TheEffectsofGateDielectricsonPerformancesofAlGaN/GaNMetal-Insulator-SemiconductorHigh-Electron-MobilityTransistorsADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectronicI

3、nformationMaterialsandDevicesAdvisor:ProfessorLiuXingzhaoAuthor:TianBenlangSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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作

4、了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要由于自发极化和压电极化作用，AlGaN/GaN异质结界面具有很高浓度的二维电子气（2DEG），基于AlGaN/GaN异质结的场效应晶体管(heterostr

5、ucturefiled-effect-transistors,HFETs，也常称为高电子迁移率晶体管，high-electron-mobilitytransistors,HEMTs)具有输出功率大、效率高等优点，被认为是高频、高温、大功率半导体器件的重要候选材料。由于具有优异的频率特性，针对高频领域应用的AlGaN/GaNHEMTs器件常采用MESHEMTs结构（即：金属-半导体高电子迁移率晶体管，metal-semiconductorhigh-electron-mobilitytransistors），然而，其严重的电流崩塌效应和较大的栅泄漏电流成为AlGaN

6、/GaNMESHEMTs应用的主要问题，栅介质的引入（即：金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管，metal-insulator-semiconductorhigh-electron-mobilitytransistors，MISHEMTs）成为可行的解决之道，它不仅可以有效抑制电流崩塌，而且可极大地降低栅漏电。然而，目前对AlGaN/GaNMISHEMTs器件的研究主要集中在非极性栅介质材料对器件性能的影响方面，且仅关注和利用了栅介质的绝缘特性，很少涉及极性栅介质在AlGaN/GaNMISHEMTs中的应用，栅介质极化特性对AlGaN/GaNMISHEMTs器

7、件性能的影响研究。本论文对比研究了非极性栅介质和极性栅介质对AlGaN/GaNMISHEMTs特性的影响，非极性栅介质选择Al2O3薄膜作为研究对象，并选用了两种具有代表性的典型极性介电材料，研究极化特性对AlGaN/GaNMISHEMTs性能的影响，一种极性介电薄膜为掺钠的Beta氧化铝（β-Al2O3，sodium-beta-aluminium，简写为SBA），该介电材料是在Beta氧化铝骨架结构中插入带正电的钠离子而形成的一种极性介电材料，被归于电解质，也称为钠离子导体（电子的绝缘体）；另一种极性介电材料则为铁电体，考虑到工艺兼容性，本论文选择了一种新的铁

8、电体材料—HfTiO铁电