gan基hemt红外探测器力电耦合机制理论模型的仿真研究

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1、中文图书分类号：TN389密级：公开UDC：38学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：GaN基HEMT红外探测器力电耦合机制理论模型的仿真研究论文作者：杜志娟学科：电子科学与技术指导教师：朱彦旭副教授论文提交日期：2016年6UDC：38学校代码：10005中文图书分类号：TN389学号：S201302066密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目:GaN基HEMT红外探测器力电耦合机制理论模型的仿真研究英文题目:THETCADANALYSISOFGANHEM

2、TINFRAREDSENSORBASEDONTHETHEORYOFFORCE-ELECTRICTRANSFORMATION论文作者杜志娟学科电子科学与技术研究方向信息光电子学与光通信申请学位工学硕士指导教师朱彦旭副教授所在单位电子信息与控制工程学院答辩日期2016年6月授予学位单位北京工业大学独创性声明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，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的

3、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了明确的说明并表示了谢意。签名：杜志娟日期：2016年6月3日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：杜志娟日期：2016年6月3日导师签名：朱彦旭日期：2016年6月3日摘要摘要红外探测器是红外技术的核心，新型室温红外探

4、测器更是目前研究的热点领域。随着近些年人们对红外辐射的了解加深，深刻了解它在生活各个领域的应用优势，所以人们迫切的去提高探测手段—研制出不同机理的红外探测结构。鉴于这种情况，对红外探测器的研发迫在眉睫。本文则基于气体直接吸收红外产生气压进行探测的红外探测器原理为基础，设计红外探测器结构，进行新型室温红外探测器的理论研究及有限元分析。首先，针对新型红外探测器的工作原理进行详细的分析。详细的分析了红外气体作为吸收介质吸收红外辐射的机理，按工作阶段对理论模型进行推理：首先气体吸收红外辐射导致体积增加产生压强，然

5、后压电薄膜受到气体压强均匀应力产生机械形变，最后GaN/AlGaN异质结产生压电极化，分析其极化效应模型，计算界面电荷，形成GaNHEMT电流输出。其次，采用ANSYS软件对本文的关键结构GaN/AlGaN压电薄膜进行模拟，首先针对其机械特性，分析其应力以及尺寸对机械形变量以及内部应力分布的影响进行分析，在四边固定的条件下，对压电薄膜施加由于气体产生的均匀应力，分析弹性敏感薄膜形变量与机械应力的数值关系，以及改变薄膜尺寸对该结构的影响。然后对薄膜的压电特性进行仿真，并给出薄膜在应力条件下薄膜电势分布图，分

6、析了薄膜电势及形变量的影响因素。再次，用SentaurusTCAD对红外探测器关键结构-电学信号输出元件GaN/AlGaNHEMT进行仿真研究，设计器件结构模拟方案，网格化分方案，仿真器件的直流输出特性，如伏安特性曲线，转移特性曲线，并提出对器件的优化方案：改变器件的结构参数如：AlGaN势垒层厚度，掺杂浓度，极化电荷量，肖特基势垒高度，Al组分等参数，分析对其电流的影响，对器件进行深入分析。最后，系统的总结红外探测器工作过程，量化红外气体吸收红外辐射产生的温度变化，进而计算气体产生的压强，以及其对薄膜施

7、加应力，以及HEMT输出电流进行拟合，得出输出电流与红外辐射输入功率之间的关系，电流与输入功率之间保持良好的线性关系，实现了红外探测器对红外辐射的探测能力。关键词：GaN/AlGaNHEMT；SentaurusTCAD；ANSYS；输出电流；压电效应IAbstractAbstractInfrareddetectorsarethecoreofinfraredtechnologyandhavebeenappliedtomanyfieldsofnationaleconomy,sotheyhavebecometh

8、efrontedgeandthehotspotofinternationalscienceresearch.Withthedevelopmentofmoderntechnology,peoplehasknowntheadvantagesofthesensorswhichurgedpeopletostudytheinfrareddetectortechnology,andthenmanydifferentsensorscomei