太赫兹波段GaN基类HEMT平面耿氏二极管的研究

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1、博士学位论文參太赫兹波段ＧａＮ基类ＨＥＭＴ平面耿氏二极管的研究＾作者姓名汪瑛指导教师姓名、职称杨林安教授申请学位类别工学博士学校代码10701学号1211110293分类号TN4密级公开西安电子科技大学博士学位论文太赫兹波段GaN基类HEMT平面耿氏二极管的研究作者姓名：汪瑛一级学科：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：工学博士指导教师姓名、职称：杨林安教授学院：微电子学院提交日期：2016年9月StudyonGaNBasedHEMT-likePlanarGunndiodeinTerahertzBandAdissertationsu

2、bmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophyinElectromechanicalScienceandTechnologyByWangYingSupervisor:YangLin-AnTitle:ProfessorSeptember2016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指导下进行的研宄工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致

3、谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成栗；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一。与我同工作的同事对本研宄所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。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，研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许査阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印

4、或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研宄成果完成的论文、发明专利等成粜，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在年解密后适用本授权书。本人签名：导师签名：－＞＼６．．日期：Ｖ曰期：＾０＾石摘要摘要THz波是指频率在（0.1－10）THz（波长为3000—30微米）范围内的电磁波。太赫兹波在电磁波频谱中占有很特殊的位置。在应用于低THz频段的半导体器件领域中，大家更多关注负阻微分器件，如耿氏二极管、IMPATT、RTD、FET。GaN基耿氏二极管具有优秀的高频特性，在高电场下有大输出功率密度。与传统的竖直耿氏二极管相比，平面耿氏二极管

5、有很多优势。首先，平面耿氏二极管阴阳极间距由光刻控制，有更高的振荡频率，且平面结构与其他平面电路有很好的兼容性。而GaN基类HEMT平面耿氏二极管表现出更加优秀的性能。GaN异质结中高浓度的2DEG不仅允许更窄的畴形成，大大降低了器件可能的沟道长度，同时，高电子浓度的沟道允许更加复杂的电子畴现象，为耿氏二极管提供了更多工作模式。GaN类HEMT平面耿氏二极管是太赫兹固态源器件最有潜力的候选者之一，是目前国际上最新的研究领域。本文主要研究了如何利用GaN基类HEMT平面耿氏平面二极管产生大功率、稳定的太赫兹波段信号，研究了类HEMT平面耿氏二极管及其材料的建模、沟道内部特殊的电子

6、畴现象及原理、提出多个器件结构的创新性设计，提高了器件的工作性能。主要结论如下1，我们首先分析了AlGaN/GaNHEMT中的耿氏现象，首次报道了关于微米尺寸的AlGaN/GaN类HEMT平面耿氏的基于ATLAS仿真软件的研究。我们拟合获得了更适合GaN2DEG沟道的速场关系。我们发现了2DEG沟道中的多畴现象，并且通过对阴极区掺杂浓度的控制，使得畴的个数及振荡模式都得以控制。多畴的发现及控制延伸了耿氏二极管工作的频率范围，利用谐波成分，提高了器件的振荡频率。2，基于仿真我们首次研究了超短沟道的AlGaN/GaN类HEMT平面耿氏二极管（HBEAN二极管）。对2DEG的速场模型

7、进行了修正，将短沟道的速场过冲效应考虑在内。我们同时提出了肖特基-欧姆接触的复合电极结构。将复合电极代替传统的欧姆接触阳极，则阳极端的碰撞电离效应大大抑制。我们首次将复合电极代替传统的欧姆接触阴极，降低了死区的长度，提高了器件的输出功率。同时我们深入研究了不同能级的表面类施主陷阱对复合电极影响。3，我们首次提出了在长沟道中应用多个凹槽的方法来同时提高振荡频率和射频输出功率。凹槽结构使二维电子气浓度的局部降低，起到了类似于耿氏二极管中掺杂薄层的作用。当凹槽用于阴极端时，凹槽下靠近阳极端的电场大