高κ叠栅alganganmos-hemt特性研究

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1、StudyonHighkDielectricStackGateAlGaN/GaNMOS-HEMTCharacteristicsADissertationSubmittedtoXidianUniversityinCandidacyfortheDegreeofMasterinMicroelectronicsandSolid-StateElectronicsByChenShu-PengXi，an,P.R.ChinaJanuary2013西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，

2、木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屮所罗列的内容以外，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。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做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。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四安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在

3、校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同吋本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再攥写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。（保密的论文在解密后遵守此规定）本人签名：日期导师签名：口期摘要第三代宽禁带半导体在高温高频大功率应用领域表现岀巨大潜力，其中氮化稼（GaN）凭借着优秀的物理化学和电学性能，成为近年来发展最为迅速的第三代半导体之一。本课题主要目的是研

4、究AlGaN/GaN高载流子迁移率晶体管（HEMT）,对高k叠栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件特性进行了深入研究。通过理论分析和仿真模拟对器件工艺参数和结构变化引起的特性变化进行了研究，重点研究了该器件的几种栅极结构。对HEMT器件的基本工作机理以及器件基本物理模型进行了分析研究，并结合ISE软件对器件进行了大量的仿真分析，分析了器件势垒层参杂浓度、栅极金展功函数对器件的影响。发现增加势垒层参杂浓度、减小栅金屈功函数均可增加沟道载流子浓度，并从能带角度对这一现象进行了分析。在以上结果的基础上

5、，对不同栅极结构的几种器件特性进行了仿真分析。分别研究了肖特基栅结构、MOS栅结构、高k叠栅结构以及槽栅结构，分析了这些结构所带来的特性变化。通过对器件进行模拟分析，得到了器件电流、跨导、阈值电压的变化，并从能带、电场、载流子分布以及载流子迁移率方面对器件特性随栅极结构变化的内在原因以及器件潜在的可靠性问题进行分析。研究发现，MOS结构的引入虽然能够解决栅极正偏时大泄漏电流的问题，但却严重影响了器件跨导特性。通过引入高k叠栅结构以及槽栅结构使得器件跨导特性明显改善，其至在10nm槽栅情况下跨导已经超

6、过肖特基栅结构的器件。同时，通过合理的引入槽栅结构，器件沟道及势垒层电场分布也得到了改善。通过一系列的结构调整，得到了最大饱和电流1.9A/mm、跨导268mS/mm的高性能槽栅型高k叠栅AlGaN/GaNMOS-HEMT器件。文章最后对比了耗尽型与增强型器件特性，分析了增强型器件饱和电流及跨导的退化原因。尖键词：GaNHEMT高k叠柵槽柵高k輕栅AIGaN/GaNMOS-HEMT特性研究AbstractThethirdgenerationsemiconductormaterial,wideband

7、gapsemiconductor,showsagreatpotentialinhightemperature,highfrequencyandhighpowerapplications.Withexcellentperformanceinphysicalchemistryandelectricproperties,GaNhasbecomethemostrapidlydevelopingthirdgenerationsemiconductormaterial.Themainpurposeofthisp

8、aperistoresearchtheAlGaN/GaNhighcarriermobilitytransistor(HEMT).ThefeaturesofhighkstackgateAlGaN/GaNMOSHEMTdevicearestudiedinthispaper.Thecharacteristicchangescausedbyprocessparameteranddevicestructureareanalyzedbytheoreticalanalysisand