algangan hemt短沟道效应与耐压新结构探索

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1、４击如成＊￥ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＯＦＣＨＩＮＡＴ？Ｓ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲ下ＨＥＳＩＳ翁Ｉ论文题目ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ短沟道效应与耐压新结构探索１学科专业微电子学与固体电子学Ｈ学号２０１３２１０３０１０７９作者姓名潘沛霖＇指导教师杜江鋒副教授－，心，譜１Ｉ分类号密级注1UDC学位论文AlGaN/GaNHEMT短沟道效应与耐压新结构探索（题名和副题名）潘沛霖（作者姓名）指导教师杜江锋副教授电子科技大学成都（

2、姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2016.03.18论文答辩日期2016.05.09学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月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SHORTCHANNELEFFECTRESEARCHANDNOVALHIGHBREAKDOWNSTRCUTRUREOFAlGaN/GaNHEMTAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandS

3、olid-StateElectronicsAuthor:PanPeilinAdvisor:DuJiangfengSchool:SchoolofMicroelectronics&SolidStateElectronics独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指巧Ｔ进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ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？同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。１作者签名；

4、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口或机构送交论文的复印件和磁盘。本人授权电子科技大学可允许论文被查阅巧借阅１＾将学位论文的全１部或部分内容编入有关数据库进行检索，可＾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）签名：作者签名＝議呼縣导师＾１日期：年６月日摘要摘要由于GaN材料具有宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场等优秀特性，使AlGaN/GaNHEMT器件成为微波和功率领域的研究热点。在微波应用领域

5、，AlGaN/GaNHEMT器件为提高器件的电流增益截止频率（ƒT）和功率增益截止频率（ƒmax）其主要手段是减小器件的栅极长度（Lg）。而随着Lg的过度缩小，将会引起器件越发严重的短沟道效应（SCEs），最终导致器件的最大直流跨导（gm）下降、阈值电压（Vth）负向漂移、输出特性曲线不饱和以及频率栅长乘积（ƒT·Lg）下降，从而导致器件的电学性能和可靠性明显退化。首先，创新提出了一种抑制短沟道效应的复合金属栅AlGaN/GaNHEMT，该结构借助栅极的金属的功函数不同优化栅极下方沟道电势分布，从而使漏致势垒降低（DIBL）效应降低，缓解了SCEs。除此之外，沟道层中栅极

6、金属界面间存在的电场峰值使源极注入到栅极下方的电子加速，提高电子平均漂移速度，使最大输出电流和直流跨导分别提高17%和10%，并使截止频率提高了14.8%。同时，还提出了一种具有复合栅介质层的AlGaN/GaNMIS-HEMT，利用高低K栅介质层使栅下沟道产生水平方向的电场峰值，可提高载流子的输运效率，而且低K栅介质可降低栅电容，最终使截止频率提高了17%。其次，为解决栅极漏边沿电场集聚的问题以提高AlGaN/GaNHEMT的击穿电压，创新提出了具有复合势垒层AlGaN/GaNHEMT。该结构利用栅极与漏极间不同Al组分的AlGaN势垒层材料，使栅漏区域沟道2DEG分布成

7、阶梯形分布，形成LDD（lowdensitdrain）结构，可调制沟道电场分布使电场整体向漏区扩展，研究表面其击穿电压提高了160%，器件优值（FOM）提高了382%。同时，还提出了负离子注入钝化层AlGaN/GaNHEMT，通过在栅漏间的钝化层中注入负离子来耗尽栅漏间沟道区的部分二维电子气（2DEG）以调制沟道电场分布，使器件击穿电压提高了91%。最后，为满足AlGaN/GaNHEMT在集成电路上的应用需要实现增强型器件，分别创新提出了具有复合沟道层的AlGaN/GaNMIS-HEMT和基于GaN-On-Insulator技