晶格匹配inalngan异质结欧姆接触的电学特性研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：晶格匹配InAlN/GaN异质结欧姆接触的电学特性研究英文并列题目：Studyonelectricalcharacteristicsofohmiccontactonlattice-matchedInAlN/GaNheterostructures研究生：汪照贤专业：微电子学与固体电子学研究方向：器件物理、工艺、材料导师：顾晓峰指导小组成员：闫大为学位授予日期：2016年6月答辩委员会主席：张曦煌江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月摘要摘要氮化镓(GaN)基半导体材料优越的物理特性，如高电子迁移率

2、、高电子漂移速率、强击穿电场和良好的热稳定性等，使得AlGaN/GaN异质结特别适合制备在微波功率领域具有巨大应用前景的高电子迁移率晶体管(HEMT)。然而，势垒层显著的逆压电效应严重限制了器件在长时间大信号工作模式下的可靠性，目前最有效的一种解决方法是用晶格匹配无应力的In0.17Al0.83N/GaN异质结代替传统的AlGaN/GaN异质结。另一方面，为了获得尽可能大的输出电流，HEMT的源极和漏极通常采用金属欧姆接触结构，其质量好坏直接影响器件的整体电学性能。因此，研究晶格匹配InAlN/GaN异质结欧姆接触的电学特性及电流输运机

3、制具有重要的应用价值。本论文首先介绍了晶格匹配InAlN/GaN异质结的研究背景，GaN基异质结欧姆接触的研究现状，阐述了欧姆接触的基本理论和TLM测试方法的原理；然后，设计和制备了硅及蓝宝石衬底的晶格匹配InAlN/GaN异质结，并在其上制作了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触的传输线模型(TLM)测试结构；最后，分别利用低温和高温电学测试系统，测量了TLM结构的变温电流-电压特性，重点研究了低温(100K-300K)和高温(300K-523K)环境内比接触电阻率(ρsc)和方块电阻(Rsh)的温度依赖特性，分析了欧姆接触的载流子输运机制

4、。本论文取得的研究结论如下：1、低温下，ρsc随温度升高而增大，通过对spike电学接触机制的分析，提出了欧姆接触电流的类金属输运机制，并用类金属输运模型很好地拟合了实验数据；Rsh随温度降低逐渐减小并趋于定值，通过引入GaN异质结二维电子气的低场迁移率模型，提出Rsh的这种温度依赖特性主要由界面粗糙散射机制和极性光学声子散射机制共同决定。2、高温下，ρsc随温度升高呈先增大后减小的趋势，提出了两种不同的欧姆接触电流输运机制进行解释：当温度较低时，类金属机制仍占主导；当温度较高时，热场发射机制占主导。因此，我们建立了考虑两种电流输运机制

5、的并联模型，利用并联模型拟合了实验数据，对提取的重要物理参数进行了分析。Rsh随温度的升高呈指数式增大，这种温度依赖特性与温度升高导致的极性光学声子散射作用呈指数式增强有关。关键词：晶格匹配InAlN/GaN异质结；欧姆接触；传输线模型；温度依赖特性；类金属特性IAbstractAbstractDuetotheexcellentphysicalproperties,suchashighbreakdownfield,highelectrondriftvelocity,andgoodthermalstability,GaN-basedhig

6、helectronmobilitytransistors(HEMTs)haveemergedasthemostpromisingcandidatesforhighpowerandhighfrequencyapplications.However,forconventionalAlGaN/GaNdevices,significantinversepiezoelectriceffectinthebarrierlayerseverelylimitsthereliabilityofdevicesworkinginthelargesignalmo

7、deforlongtime.Currently,oneofthemosteffectivesolutionsistoreplacethetraditionalAlGaN/GaNheterojunctionwiththelatticematchedIn0.17Al0.83N/GaNone.Ontheotherhand,inordertoobtainaslargeoutputcurrentaspossible,thesourceanddrainelectrodesinHEMTsusuallyusethemetalohmiccontacts,

8、whosequalitycandirectlyaffecttheoverallelectricalperformanceofthedevice.Therefore,itisofgreatpracticals