一、调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触（论文文献综述）
褚旭龙[1]（2021）在《氧化镓基光电探测器件结构与性能优化研究》文中研究说明区别于传统红外探测机制,日盲紫外探测技术具备多方面不可比拟的优势。由于辐射源少,紫外探测往往具有探测难度低、虚警率和误报率下降等优点,同时,其属于无源被动式探测,隐蔽安全性好,能够对发动机、导弹、等离子体辐射等产生的紫外信号源作出准确的判断,在紫外制导、紫外预警、紫外干扰以及紫外通讯等方面具有很好的军事应用价值以及民事应用价值。氧化镓作为新型的宽禁带半导体材料,因其具备诸多的优异的物理特性（禁带宽度大、击穿电场强等）,近年来,已成为国内外开展日盲区紫外光电探测器研究工作的热点对象。本论文以氧化镓半导体材料为主要研究材料对象,以不同器件结构类型为研究主线,分析各结构器件优缺点,开展对应结构下的性能优化研究。按照工作方式的不同,日盲区紫外光电探测器器件结构可分为光电导型、肖特基势垒型、金属-半导体-金属型、p-n结、pin结等多种类型。结合器件的暗电流、光电流、响应度、量子效率、响应时间等主要性能指标以及制备难易度、制备投入等多个方面,对不同器件结构探测器的优缺点进行分析并开展优化研究,取得以下几个方面的成果:（1）光电导型探测器研究:光电导型紫外探测器具有结构简单、工艺容易和内部增益高等优点,但不足之处是暗电流大、灵敏度低。同时,Fe掺杂剂由于其自身的高绝缘性,以及提升材料费米能级作用,从而使载流子输运所需动能需求量大,具备降低器件暗电流（噪音）的潜质。因此,本论文基于导模法生长了掺Fe的Ga2O3晶体衬底,并制备成Au/Ti/Fe-doped Ga2O3/Ti/Au光电导型器件,实现了暗电流指标的降低,与已报道的同类型器件相关文献相比,得到了5到9个数量级的优化。（2）肖特基势垒型探测器研究:肖特基势垒型光电探测器,具有响应度高、暗电流低、响应时间短、量子效率高以及回避P型等优点,同时,对比于光电导型器件,具备自供电特性。本论文基于导模法生长了β-Ga2O3晶体衬底,并制备成Au/Ti/β-Ga2O3/Ni/Au肖特基势垒型器件。该器件可实现高整流比、低反向泄漏电流和良好的耐击穿特性。值得注意的是,在零偏压下,光电探测器的响应度R为2.875 mA/W,归一化探测度D*为1010 Jones,外部量子效率EQE为1.4%,区别于光电导型器件,具有良好的自供电应用性能。（3）异质结型探测器研究:具有适宜带阶偏移的异质结结构能够加速光电响应产生的电子-空穴的分离输运,良好的异质结结构器件在暗电流、响应度、响应时间、灵敏度等多个方面具备性能优势。本论文我们选用p型Pb（Zr0.52Ti0.48）O3（PZT）和n型Ga2O3,分别基于脉冲激光沉积（PLD）和射频磁控溅射技术完成了 PZT/Ga2O3异质结光电探测器的制备。并将其与同条件下制备的Ga2O3光电导型探测器进行性能对比,PZT/Ga2O3异质结光电探测器实现了更低的暗电流、更高的响应度、更快的响应时间,多个性能指标得到提升。（4）异质结能带工程研究:界面信息对于异构结构化的设备很重要,适宜带阶的异质结结构器件展现出响应快、暗电流低等诸多性能优势,因此开展能带工程对异质结器件的研究意义重大。我们在蓝宝石基底上利用PLD技术制备了 TiO2和Ga2O3异质结,然后进行了紫外-可见光吸收和XPS测试,并基于克拉托模型进行分析计算。TiO2和Ga2O3异质结的△EV被确定约为-0.6 eV,而△EC约为-0.68 eV,属于Ⅰ型能带工程类型,为后续基于该异质结结构的光电探测器研究提供研究基础支撑。
姜光远[2]（2021）在《GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究》文中指出GaN 基异质结场效应晶体管（GaN-Based heterostructure field effect transistors,GaN-Based HFETs）是新一代半导体器件的杰出代表,由于其具有高电子迁移率、高临界击穿电场等优越性能,在高频、大功率领域具有广阔应用前景,是支撑下一代无线通讯、航空航天、新能源汽车等高新技术产业的核心电子元器件,契合国家重大战略需求,有利于国家产业自主创新发展和转型升级,具有重要的研究价值。经过近三十年发展,对GaN-Based HFETs相关物理机制的认识逐渐加深,对GaN-Based HFETs材料和器件结构、制备工艺等进行了长期的探索,器件性能得到了大幅提升,商业化进程不断加快,目前,在部分领域,已经推出了商业化的芯片产品。但是,当前也存在制约进一步商业化应用的因素:强极化效应、表面态问题和电流崩塌等对GaN-Based HFETs可靠性产生重要影响,还有增强型GaN-Based HFETs技术不够成熟,这些都亟需进一步解决。加之,GaN-Based HFETs依然有很多问题需要进一步深入研究。例如:极化库仑场（polarization Coulomb field,PCF）理论与GaN-Based HFETs器件性能关联关系的进一步深入研究,主要包括:器件势垒层优化和增强型器件性能与PCF散射关联关系等。这些研究对于明确GaN-Based HFETs器件物理机制,进一步提升GaN-Based HFETs器件性能具有重要意义。强极化效应是GaN材料区别于其它半导体材料的重要特征,其对GaN-Based HFETs性能产生了重要影响。无需掺杂,GaN-Based HFETs异质结界面就可以产生～1×1013cm-2 的二维电子气（two-dimensional electron gas,2DEG）。PCF 散射是与GaN-Based HFETs中强极化效应紧密相关的一种散射机制,它是由势垒层应变分布不均匀产生微扰散射势对电子散射引起。自从该散射提出以来,从器件工艺、器件尺寸等方面进行了大量研究,研究表明,PCF散射对器件性能和可靠性会产生重要影响。然而,对于PCF散射,理论模型有待进一步完善。器件势垒层优化是提高器件性能的重要途径,AlGaN/GaN HFETs的AlGaN势垒层Al组分和厚度改变会对AlGaN势垒层强极化效应产生影响,由此,影响AlGaN/GaN HFETs器件性能,这些影响因素与PCF散射的关联关系亟需明确。此外,随着GaN-Based HFETs在超高频领域的发展,需要对器件尺寸进行缩放,为了保持大的纵横比,避免出现短沟道效应,以超薄AlN作为势垒层的AlN/GaNHFETs出现,该结构成为GaN-Based HFETs在超高频领域应用非常有前途的器件结构之一。AlN材料极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射关联关系是一个需要研究的重要问题。另外,由于AlGaN/GaN异质结存高密度的2DEG,常规AlGaN/GaN HFETs是耗尽型（depletion mode,D-模）器件,在功率转换应用中,电源转换器开启时,功率器件的栅极必须施加负栅偏压,保持器件通道的关断,否则,器件会短路。因此,要实现功率转换系统结构简单、低功耗和低成本的要求,需要采用增强型（enhanced mode,E-模）器件。P-GaN/AlGaN/GaNHFETs 被认为是最具商业化应用潜力的实现增强型器件的方法。PCF散射对P-GaN/AlGaN/GaN HFETs器件性能的影响还从未有过研究报道。本文从以上问题出发,将PCF散射与当前GaN-Based HFETs面临问题相结合,首先研究了 PCF散射的电子体系,进一步完善和发展了 PCF散射理论模型。再基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs AlGaN势垒层Al组分和厚度与PCF散射的关联关系,为势垒层优化提供了新的思路。又对具有超薄AlN势垒层的AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系进行分析研究。最后对P-GaN/AlGaN/GaNHFETs中PCF散射对器件电学性能的影响机制进行研究,首次发现PCF散射引起的增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻（Rs）的栅极偏置依赖性。通过本文研究,力图通过完善和发展PCF散射理论,深入理解GaN-Based HFETs中强极化效应与器件性能相互作用的相关机理,为提高器件可靠性,优化器件电学性能提供新的理论依据。具体内容如下:1.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究对AlGaN/GaN HFETs中PCF散射的电子体系进行研究。制备了栅长为200nm、100nm和30nm,栅-源间距为1μm,栅宽为40×2μm的AlGaN/GaN HFETs。针对当前PCF散射基态哈密顿量选取原则不明确的问题,采取把栅-源、栅下和栅-漏区域2DEG看作三个独立电子体系和漏-源沟道2DEG看作统一电子体系两种不同计算PCF散射的方法分析计算上述三个不同栅长AlGaN/GaN HFETs器件,对应两种不同的方法选取不同的基态哈密顿量,结合测试得到的制备器件的电流-电压（I-V）数据,通过自洽迭代的方法计算得到栅下电子迁移率和附加极化电荷。从附加极化电荷角度分析两种方法哪种更合理。由于栅下区域2DEG会随着栅偏压的减小（栅偏压减小对应栅偏压负偏压增大）而降低,而把漏-源沟道2DEG看作统一电子体系的方法在计算过程中不能够考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,基态波函数中使用的是栅偏压为0V时的2DEG密度,这就使2DEG密度被高估,影响计算结果准确性,在栅长越大和栅偏压越小的情况下产生的影响越大。而把漏-源沟道2DEG划分为三个电子体系,栅-源电子体系、栅下电子体系和栅-漏电子体系,计算每个电子体系的PCF散射时,以该体系的极化电荷作为基准,其他两个体系极化电荷与基准极化电荷的差值作为附加散射势产生对该体系电子的PCF散射,这就可以在计算过程中充分考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,更能真实反应PCF散射机制,使计算结果准确,该成果完善了 PCF散射理论。2.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层Al组分为0.17和0.26的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的双指栅AlGaN/GaNHFETs,器件栅长为0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.5μm,栅宽为40×2μm。通过实验测试得到电流-电压（I-V）和电容-电压（C-V）数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。通过对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度的综合分析,发现增加AlGaN势垒层Al组分会导致栅下附加极化电荷和2DEG密度都增加,这两种因素都会对PCF散射强度产生重要影响。更多的栅下附加极化电荷产生更强的PCF散射势,因此,这个因素会增强PCF散射;然而,PCF散射是一种对2DEG密度很敏感的库仑散射,2DEG密度越高,AlGaN/GaN异质结三角形量子阱更深,量子限制效应强,电子动能更大,PCF散射势对2DEG的散射作用减弱,而且2DEG密度高时,较强的库仑屏蔽效应也会减弱PCF散射强度。所以,更大的2DEG密度会削弱PCF散射。栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的贡献是相反的。对于本文研究的样品,2DEG密度增加对PCF散射的影响大于栅下附加极化电荷增多产生的影响。可以推断,PCF散射强度随Al组分的增加而增加或减少,这取决于栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的影响谁占主导地位。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层中的Al组分、根据不同需要调整PCF散射强度提供了新思路。该成果有益于AlGaN/GaNHFETs材料和器件结构优化。3.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层厚度为15.5nm、19.3nm和24.7nm的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的AlGaN/GaN HFETs,器件栅长为4μm,栅-源（栅-漏）间距为10μm,栅宽为70μm。利用实验测试得到的I-V和C-V数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度进行综合分析,发现AlGaN势垒层厚度较厚的样品,当栅极施加相同栅偏压时,栅下势垒层中电场强度更小,栅下势垒层逆压电效应更弱,所以导致栅下产生更少的附加极化电荷,更少的附加极化电荷对应更弱的PCF散射势;而且,AlGaN势垒层厚度较厚的样品2DEG密度更高,更高的2DEG密度也会使PCF散射强度减弱。所以,AlGaN势垒层厚度的增加会使栅下附加极化电荷减少和2DEG密度增加,这两个因素都会减弱PCF散射强度。可以推断,AlGaN势垒层越厚,PCF散射越弱（不发生应变弛豫的情况下）。因此,可以通过增加势垒层厚度来降低PCF散射强度。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层厚度,抑制PCF散射强度提供了新思路。该成果也有益于AlGaN/GaN HFETs材料和器件结构优化。4.AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系研究研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系。在具有超薄势垒层的AlN/GaN异质结材料上制备了亚微米T型栅AlN/GaN HFETs,器件栅长为0.5μm和0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.7μm,栅宽为40×2μm。基于PCF散射理论计算了两样品附加极化电荷和电子迁移率。一方面,由于AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅极施加栅偏压后,势垒层中电场强度很强,且AlN材料压电系数大,因此,逆压电效应很强。栅下产生大量附加极化电荷,这会产生较大的PCF散射势,从而增强PCF散射。然而,栅偏压引起的逆压电效应不能使AlN势垒层无限应变,随着栅偏压的减小,附加极化电荷会出现饱和现象。另一方面,AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅下2DEG密度更容易被施加的负栅偏压耗尽。随着栅偏压的减小,栅下2DEG密度迅速降低。2DEG密度的减少将使附加散射势对2DEG的散射效果增强,从而使PCF散射强度增大。本研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系,为AlN/GaN HFETs材料和器件结构优化提供新的理论依据。5.极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究在Si（111）衬底的P-GaN/AlGaN/GaN异质结材料上制备了不同器件尺寸的增强型（E 模）P-GaN/AlGaN/GaN HFETs,针对 PCF 散射对增强型 P-GaN/AlGaN/GaNHFETs寄生源电阻（Rs）的影响机制进行了研究。通过栅探针法（gate-probe method）测试得到每个样品不同栅偏压对应的Rs,发现Rs随栅偏压有明显变化,不同器件尺寸样品的Rs随栅偏压的变化也不同。分析表明Rs的变化由栅-源区域电子迁移率决定。器件工艺和栅偏压引起的附加极化电荷产生附加微扰势对栅-源区域电子具有PCF散射作用。器件尺寸和栅偏压影响PCF散射强度,进而引起不同尺寸器件的栅-源区域电子迁移率不同以及相同尺寸器件在不同栅偏压下栅-源区域电子迁移率也不同。本文研究首次发现PCF散射引起增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs栅极偏置依赖性,为深入研究增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs,优化器件性能提供了新的理论依据。
赵智源[3]（2021）在《GaN基功率二极管耐压机理与新结构研究》文中进行了进一步梳理GaN材料作为宽禁带半导体,具备优良的材料特性,被广泛应用于功率半导体器件中,具有较高的研究价值。国内外GaN基功率二极管的相关研究表明,目前GaN基功率二极管中存在结边缘电场集中效应以及电场非均匀分布的问题,严重制约了GaN基功率二极管的耐压提升。本文针对GaN基功率二极管的耐压结构和温度特性进行了深入研究,取得的研究成果主要如下。首先,为解决GaN基功率二极管中存在的电场非均匀分布的问题,本文提出了复合介质结构GaN基功率二极管新结构。该结构利用介电常数不同的介质界面处电场不连续的特点,在漂移区内部引入新的电场峰值来调制电场,从而能够在不牺牲正向导通特性的情况下提高二极管的耐压。研究表明,具有三层复合介质结构的GaN基梯形二极管的击穿电压为5360 V,BFOM为18.78 GW/cm2,平均击穿电场为3.35 MV/cm,器件性能接近GaN材料的极限。同时,对该结构的开关特性进行研究,发现随着复合介质的宽度L从2μm增加到10μm,二极管的反向恢复时间增加了5ns,这是由于复合介质引入了额外寄生电容以及复合介质结构对二极管势垒电容造成了影响。最后通过结合垂直场板有效抑制了结边缘处的电场集中,进一步提高了器件的击穿电压。其次,为研究在不同温度下AlGaN/GaN异质结肖特基二极管中占主导的电流输运机理,对生长于蓝宝石衬底上的肖特基二极管（SBD）进行了变温特性分析。分析表明,随着温度从25℃增加到100℃,二极管的理想因子n从1.952下降到1.68。这说明随着温度的升高,热电子发射机制在SBD的正向导通机制中逐渐占主导。对SBD反向的I-V曲线的拟合结果表明,低电场时的漏电流的主导机制为Frenkel-Poole效应,高电场时的主导机制为Fowler-Nordheim隧穿效应。然后,为研究不同功函数的肖特基接触金属对SBD的势垒高度和漏电机理的影响,对阳极金属分别为Ni/Au和Pt/Au的两种SBD进行了变温特性分析。基于I-V特性曲线所计算出的两种二极管的有效肖特基势垒高度相差0.1 eV左右,表明功函数更高的Pt/Au合金并没有形成更高的肖特基势垒。这是由于表面态屏蔽了金属-半导体接触的影响,使半导体一侧的肖特基势垒高度不受金属功函数的影响,而只与半导体的表面态有关。同时,由于化学性质较活泼的Ni金属在GaN材料表面的黏着性更好,Ni/Au-SBD形成了质量更好的肖特基接触,其漏电流大小相比Pt/Au-SBD降低了2个数量级。最后,为研究钝化层结构对SBD正向导通特性和漏电流的影响,分别对有钝化和未钝化的SBD进行了I-V和C-V特性分析。I-V特性分析结果表明,钝化后的SBD的漏电流大小升高了约3个数量级,这是由于SixN/GaN界面处的界面电荷在二极管中引入了新的漏电通路。进一步的,C-V特性分析结果表明,钝化层在AlGaN/GaN界面引入了类受主陷阱,导致有钝化结构的SBD的沟道迁移率和二维电子气浓度均发生了下降。
刘勇[4]（2020）在《GaN基功率电子器件新结构和关键技术研究》文中研究指明为了适应电力电子和电源管理等电路系统日益增长的功率密度、工作频率、高温适应能力、开关速度和电压应用范围需求,具有高耐压、高电流、高导热性能和高开关速度的功率电子器件逐渐成为功率半导体领域的研究热点。氮化镓（GaN）基功率器件充分利用了GaN材料的高禁带宽度、高导热系数、高临界击穿电场强度等优势,以铝镓氮和氮化镓异质结（AlGaN/GaN）为核心结构的GaN基功率器件逐渐成为功率器件的主流并具有广泛而光明的应用前景。本文研究的主体对象为GaN基功率器件,并针对目前GaN基功率器件存在的耐压较低、开关速度较低等问题展开研究。本文的主要研究内容分为以下六个部分:1.阐述和分析了GaN的材料及GaN基功率器件的优势。通过国内外研究进展对比阐述了GaN基功率器件研究取得的成果和目前仍存在的问题。结合极化效应阐述了GaN基功率器件中二维电子气的形成机理和其浓度的计算方法,并建立了GaN基功率器件的阈值电压模型、迁移率模型、IV模型。基于这些理论和模型提出了一种器件-电路混合仿真系统,分析和讨论了器件的开关速度与器件结构和参数的关系,表征了器件在高频和高温下开关速度的退化。2.提出了一种带有垂直超结的GaN垂直HEMT器件新结构（SJ-VHEMT）,以提高垂直GaN HEMT器件的击穿电压和改善击穿电压和导通电阻的折中关系。通过在缓冲层中加入pnp超结结构,利用p型掺杂区和n型掺杂区的电荷平衡使器件的电场分布更加均匀,从而有效地提高器件的击穿电压。随后对n型区宽度、n型区掺杂浓度、p型区掺杂浓度、缓冲层厚度等参数进行了优化。经过优化,器件的击穿电压达到了2604V,平均击穿电场强度达到了2.6MV/cm。3.提出了一种具有复合AlGaN缓冲层的GaN基功率器件新结构（HB-HEMT）,从缓冲层材料的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。分析和讨论了常规GaN缓冲层和AlGaN缓冲层对GaN基功率器件的阈值电压和导通电阻的影响,通过优化沟道层厚度等参数有效地提高了器件的阈值电压。分析和讨论了AlGaN缓冲层中Al组分不同时器件电场分布和击穿电压的差异。根据上述研究,利用具有低Al组分和高Al组分的AlGaN缓冲层对器件电场调制的不同作用,提出了一种具有复合AlGaN缓冲层的GaN基功率器件新结构（HB-HEMT）。经过对关键参数的优化,栅漏距为6μm时HB-HEMT同时具有高击穿电压（1450V）、低导通电阻（0.47mΩ·cm2）、和高Baliga优值（4.47GW/cm2）,平均击穿电场强度达到了2.42MV/cm。此外CV和开关特性仿真结果表明HB-HEMT器件同时还具有较低的电容值和较高的开关速度,1MHz频率时器件的上升时间tr和下降时间tf分别为0.49ns和0.67ns,开启速度和关断速度分别为653V/ns和477 V/ns。4.提出了一种具有AlGaN缓冲层和高k/低k复合介质层的GaN基功率器件新结构（H-HEMT）,从介质层的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。根据高斯定理和介电常数的差异,阐述了该新结构的电场调制机理。经过对该器件的关键参数的优化,该器件在栅漏距为6μm时,BV、Ron,sp和FOM分别达到了1490V、0.4 m?·cm2和5.3GW/cm2,平均击穿电场强度高达2.48MV/cm。此外CV和开关特性仿真结果表明该器件同时还具有较低的电容值和较高的开关速度,1MHz频率时器件的上升时间tr和下降时间tf分别为0.51ns和3.66ns,开启速度和关断速度分别为627V/ns和87V/ns。5.提出了一种具有复合AlGaN背势垒层的GaN基功率器件新结构（HBB-HEMT）,从背势垒层的角度解决横向GaN HEMT器件击穿时电场拥挤的问题和提高器件的Baliga优值。通过不同Al组分的单一AlGaN背势垒对器件电场调制的差异的分析,阐述了复合AlGaN背势垒层对器件电场调制和击穿电压的提升的作用。经过对关键参数的优化,栅漏距为7μm时该新结构器件同时具有高击穿电压（1920V）、低导通电阻（0.45mΩ·cm2）、高优值8.19GW/cm2和高平均击穿电场强度（2.74MV/cm）。6.突破了高耐压GaN基功率器件制备的关键技术,制备出了具有1000V以上耐压的GaN基功率器件,为提出的GaN新结构器件的制备积累了工艺经验。阐述了GaN基功率器件制备的主要工艺流程,并对工艺流程中的关键工艺（隔离技术、栅介质工艺、表面钝化工艺）进行优化。经过工艺优化制备出了Si衬底和蓝宝石衬底的高耐压GaN基功率器件。经测试和分析,Si衬底器件在栅漏距为15μm时最高击穿电压达到了1000V,比导通电阻为1.79mΩ·cm2,Baliga优值为0.57GW/cm2,平均击穿电场强度达到了0.67MV/cm。蓝宝石衬底器件在栅漏距为15μm时最高击穿电压达到了1156V,比导通电阻为2.38mΩ·cm2,Baliga优值为0.56GW/cm2,平均击穿电场强度达到了0.77MV/cm。此外基于上述工艺还制备了多栅指大功率的Si衬底GaN基功率器件,开关特性测试结果（漏压为20V）表明该器件的上升时间和下降时间分别为3.8ns和2ns。
钟耀宗[5]（2020）在《基于二次外延的p型栅GaN基增强型高电子迁移率晶体管》文中研究指明p-GaN栅增强型HEMT（p-GaNE-HEMT）作为高频高效的中低压功率电子器件的一种优选方案,目前得到了国内外学术界和产业界的认可。提高器件的阈值电压、降低其导通电阻率、实现稳定可靠的栅控性能仍是p-GaN E-HEMT的研究重点。采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）二次外延技术,可以在图形化的AlGaN/GaN异质结构上（AlGaN势垒层栅区薄、非栅区厚）外延出p-GaN栅结构,有助于实现更高的阈值电压、更低的导通电阻率等优异性能。本文围绕二次外延p-GaN E-HEMT的器件仿真与设计、p-GaN的二次外延生长、器件工艺开发、以及器件性能测试等展开了较为深入、系统的研究,主要内容包括:1.利用Silvaco仿真软件对p-GaNE-HEMT的基本性能、耐压特性以及动态特性进行了仿真分析,从物理机制角度深入地理解器件性能的影响因素及规律。仿真给出了与实际器件结果相当的基本性能;分析了关态下器件电场分布的影响因素及规律:发现源场板的长度、场板介质厚度基本只影响GaN中的水平电场分布,而GaN缓冲层中的缺陷类型与浓度则同时影响水平电场和垂直电场的分布;采用OFF-ON切换、脉冲模式等变换方式,给出了开关过程中电流、能带结构、载流子浓度分布等物理量随时间变化的动态关系。仿真结果与实际器件的规律相同,其深入分析为高性能p-GaN E-HEMT设计与制备奠定了物理基础。2.设计了 p-GaN E-HEMT的结构尺寸、工艺流程以及制造监测结构。理论上推导了特征导通电阻、特征栅电荷以及功耗优值系数与p-GaN E-HEMT的尺寸（如栅-漏间距等）、导体方阻（源漏金属和2DEG）、寄生效应、栅极电荷之间的关系,并结合仿真数据和前期测试数据设计了不同电阻的大输出电流器件。同时确定了二次外延p-GaN E-HEMT的制备流程及工艺过程的监测方法,完成了理论向实践转换的工作。3.深入研究了 MOCVD二次外延生长p-GaN及其对器件性能的影响。二次外延涉及了厚层AlGaN生长、栅区势垒层厚度控制、AlGaN/p-GaN界面态密度控制以及p-GaN外延质量控制等关键科学问题。本文研究了 Al组分及其他生长条件对厚层AlGaN势垒层生长的影响,成功外延出势垒层厚度为45 nm高质量Al0.18Ga0.82N/GaN异质结;研究了 ICP刻蚀工艺参数对AlGaN刻蚀速率的影响,开发出刻蚀速率为12 nm/min的慢速刻蚀技术,将栅极区域AlGaN势垒层厚度精确控制在15±0.8 nm;通过XPS、AFM等手段对表面沾污、刻蚀损伤进行了研究分析,开发了湿法处理和MOCVD热处理结合的表面清洁技术,将p-GaN/AlGaN的界面态密度从传统刻蚀技术的1012～1013 eV-1.cm-2降低至1011～1012 eV-1·cm-2,栅极漏电降低3～4个量级,开关比由107提升至1010以上,栅控性能达到国际一流水平。4.深入研究了高温LPCVDSiNx表面钝化及其对器件性能的影响。通过对不同钝化层进行C-V、I-V测试分析,证实了高温（780℃）生长的LPCVDSiNx具有较高的质量,且能有效抑制AlGaN表面态。但用于p-GaN E-HEMT表面钝化时会带来Mg受主被重新钝化、p-GaN表面刻蚀损失影响接触制备等兼容性问题;通过XPS、I-V等测试对表面刻蚀损伤修复的效果进行分析,发现结合湿法处理和热处理的表面处理技术可有效解决这些兼容性问题。成功制备出了 LPCVD SiNx钝化的二次外延p-GaN E-HEMT,在关态漏极电压为250 V时,其动/静态电阻比值降低至1.5（ALD Al2O3表面钝化的器件为23）;阈值电压达到1.7V@IDS=10 μA/mm,导通电阻～8.5Ω·mm,开关比 5×1010,栅极漏电～2 nA/mm@VGD=-200V、～10μA/mm@VGS=+5V,关态耐压达到 715 V@IDS=100μA/mm;综合性能达到国际先进水平。5.深入分析了 p-GaN E-HEMT的栅极可靠性。通过对不同栅金属沉积后退火（PMA）条件的两种结构（Metal/p-GaN/AlGaN/GaN 和 Metal/p-GaN/Metal）进行变温I-V测试,发现在较高的正栅压下,栅极漏电符合Fowler-Nordheim隧穿机制;通过步进式电压法以及监控栅极失效过程中的I-V和C-V,发现栅极金属/p-GaN形成的肖特基结在高电场下,耗尽区内产生较多缺陷而导致净受主浓度（NA）随时间持续降低,最终发生栅极漏电突然上升的失效行为。研究表明,LPCVD SiNx钝化的二次外延p-GaNE-HEMT的栅极耐压达到12 V;失效时间服从Weibull分布,10年内1%的器件发生栅极失效的栅极正向工作电压为6.87V;该可靠性满足行业标准。
黎冠杰[6]（2020）在《功能氧化物薄膜异质外延集成及增强型HEMT器件研究》文中研究说明增强型GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）具有高压、高频、大功率、小型化等优异特性,已成为下一代功率电子的核心技术。基于新的器件物理机制,将铁电和p型半导体等功能化氧化物薄膜设计为晶体管栅极功能层并与Al GaN/GaN异质结集成,为研制高性能增强型HEMT带来新的契机。然而,由于材料体系晶体结构的差异性、多层薄膜体系表界面的多样性以及界面耦合机制的复杂性等因素,导致在薄膜集成设计、器件物理机制、器件可行性等方面存在一系列瓶颈问题,限制了功能氧化物栅极增强型HEMT器件的应用。针对上述问题,本研究通过在不同晶格结构薄膜材料之间引入界面缓冲层,实现了功能氧化物薄膜在GaN半导体上的高质量异质外延集成,揭示了氧化物薄膜功能特性与Al GaN/GaN二维电子气（2DEG）的界面耦合机理,解析了功能氧化物栅极增强型HEMT器件物理机制并论证了器件可行性。（1）功能氧化物薄膜GaN基外延集成基于晶格匹配的外延生长机制,通过界面晶格缓冲层设计可实现复杂功能氧化物薄膜在GaN半导体上的高质量外延集成。采用脉冲激光沉积方法（PLD）,设计的La0.5Sr0.5Co O3/Ti O2缓冲层显着降低界面晶格失配度,诱导高性能钙钛矿型0.7Pb(Mg1/3Nb1/3)O3-0.3Pb TOi 3铁电薄膜在纤锌矿型GaN半导体上的外延集成;设计了立方尖晶石型Co Fe2O4磁性功能缓冲层,不仅可诱导钙钛矿型Ba Ti O3（BTO）铁电功能薄膜在纤锌矿型GaN半导体上的外延生长,而且实现了磁电性能优异的Ba TOi3/Co Fe2O4多铁异质结在GaN半导体上的外延集成;设计了面心立方结构Ti N、密排六方结构Ti和尖晶石结构Mg Al2O4三种不同晶体结构的界面缓冲层,实现了钙钛矿型Sr TOi3介电薄膜在GaN上的高质量外延集成,为其它复杂功能氧化物薄膜在GaN的外延集成提供了优质的模板缓冲层,并在原子尺度上揭示了具有Ti N单胞缓冲层的Sr TOi3/Ti N/GaN异质结构外延生长机理。（2）铁电氧化物栅极增强型HEMT器件采用PLD方法,设计并构筑了Ba Ti O3/Mg O/Al GaN/GaN/Si铁电-半导体异质结构,发现BTO/GaN界面处的空间电荷区诱导了BTO薄膜中铁电畴向上的自发铁电极化,并使得异质结阈值电压显着提升。揭示了BTO中铁电极化与Al GaN/GaN界面2DEG具有强界面极化耦合效应,通过调控BTO中铁电极化状态,实现了异质结中阈值电压由-0.4 V到+3.2 V的连续可控调制,证实了铁电栅极增强型HEMT器件的可行性。为进一步提高铁电栅极HEMT器件性能,以Hf0.5Zr0.5O2（HZO）铁电薄膜作为栅极介质层,构筑了HZO/Mg O/Al GaN/GaN/S i外延异质结构。调控HZO中铁电极化状态,实现了异质结中阈值电压由-3.8 V到+3.2 V之间的连续可控调制,且探测到高达+5.5 V的超高阈值电压。证实HZO/Mg O/Al GaN/GaN/Si外延异质结具有高阈值电压、弱退极化效应和良好的半导体工艺兼容特性,适合于研制高性能铁电栅极增强型HEMT器件。（3）P型氧化物栅极增强型HEMT器件采用PLD方法,在Al GaN/GaN异质结上设计制备了高外延质量、高空穴浓度和宽禁带的p型Li掺杂Ni O薄膜,揭示出p型氧化物半导体与GaN的能带匹配特性是决定器件阈值电压的核心因素。P型氧化物半导体中价带能级与GaN导带能级的能级差值决定了p型氧化物层对Al GaN/GaN界面2DEG的耗尽能力,而本征p型氧化物与GaN半导体能带匹配较差,限制了器件阈值电压的提高。提出了p型氧化物栅的材料设计规则,将本征n型氧化物半导体调制掺杂为p型半导体并作为氧化物栅极层,对于提高HEMT阈值电压更具优势。
陈丽香[7]（2019）在《基于极化调控的GaN基增强型HEMT器件研究》文中指出GaN基材料作为第三代半导体,由于其无可替代的特性逐渐成为了人们关注的焦点,对以GaN为基础的Ⅲ族氮化物（Ⅲ-N）及其器件的研究也越来越引起人们的重视。而随着近几十年来GaN基HEMT器件在微波功率电子领域的发展,铁电材料与GaN基材料的集成引起了许多研究者的关注,人们开始探索铁电材料和GaN基器件集成的更多的可能性。本文对基于PZT铁电栅介质的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件进行了相关的研究,主要的研究内容和成果如下:（1）高性能的PZT/AlGaN/GaN HEMT增强型器件的制作。为了使得PZT在相对较薄的情况能够有较高的薄膜质量,使用PLD进行生长PZT之前,在PZT和AlGaN之间加入一层Al2O3缓冲层来缓解PZT和AlGaN的晶格失配,从而得到了质量相对较高的PZT栅介质。为了尽可能的减少介质/AlGaN之间的界面态,在沉积Al2O3的同时对器件进行了特殊的原位处理。经过缓冲层和原位界面处理技术的结合,得到了高性能的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件。通过对器件的栅极进行预极化处理,实现了阈值电压为1V的增强型器件。同时,器件具有1010的开关比,饱和输出电流为335mA/mm,导通电阻Ron为11Ω·mm。关态漏电仅为20 pA/mm,并且得到了室温下90mV/dec接近理想值的亚阈值摆幅。（2）PZT/AlGaN/GaN HEMT器件铁电极化电荷对沟道的影响的研究。利用TLM结构提取了器件的沟道电阻RS来分析铁电的初始极化电荷对沟道的影响。对于本文所用的界面处理方法所制作的器件来说,界面处理之后PZT的沉积使得沟道的RS增大了五倍,因此可以判断PZT的极化电荷对沟道产生了耗尽的作用。这说明PZT的初始极化方向指向表面。利用类似的GTLM结构分析了不同栅极预极化电压对沟道电阻的影响。对PZT/AlGaN/GaN HEMT器件进行了栅极电压为09V,时间为30s的预极化。随着栅极预极化电压的增加,栅下沟道电阻呈现非线性增加的趋势。在预极化电压为8V时,沟道中的2DEG已经完全被耗尽,沟道中的电流几乎为0而栅下沟道的方阻也达到了108的量级。当栅极施加9V的预极化电压时,栅下沟道方阻与未施加预极化电压相比增加约5个数量级。通过分析可以知道,铁电介质的初始极化对AlGaN/GaN异质结沟道具有一定的调控作用。另外,通过对PZT/AlGaN/GaN HEMT器件的栅极进行预极化处理的方式,可以实现增强型器件制作。（3）漏极电场对PZT/AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响的研究。实验表明漏极电场对栅下的铁电介质的翻转有很大的影响,从而导致了不同漏压下器件转移特性不同的回滞行为,这也使得不同漏压条件下峰值跨导随着最大正向栅压变化的不同的趋势。铁电极化电荷与2DEG之间的耦合作用使得器件转移特性在回扫的过程中的跨导有一个明显的提高。这是由于在外加电压作用下,铁电极化电荷的翻转所造成的。随着转移特性的扫描过程中最大正向栅压的增加,器件的阈值电压也相应的正向漂移,这是由于更大的正向栅电压会使得铁电的极化强度增大,从而引起器件阈值电压更多的正向漂移。漏极电场对栅下的铁电介质的翻转有很大的影响,从而导致了不同漏压下器件转移特性不同的回滞行为以及峰值跨导随着最大正向栅压变化的不同的趋势。转移特性的回滞在VD=0.1V条件下要明显大于在VD=10V条件下的回滞,这是由于在VD=0.1V条件下更多的铁电电荷被钉扎所导致的。而对于VD=10V的情况,由于VGD为负值,因此导致更少的铁电极化电荷受到钉扎作用。（4）介绍了基于PZT铁电薄膜转移技术的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件。利用转移的方式将PZT与AlGaN/GaN异质结进行集成,可以使得器件获得高质量的PZT铁电栅介质。通过对器件施加不同的栅极预极化电压,可以改变器件沟道中2DEG的浓度从而实现对器件阈值的调控。利用转移方法得到的器件对沟道2DEG的调控能力,远远高于绝大多数已报道的铁电栅介质GaN HEMT器件。另外,在经过了5V的栅极预极化之后,阈值电压在105s的时间内仅漂移了0.25V。与传统的直接在AlGaN/GaN异质结上直接生长铁电介质的的铁电栅介质GaN HEMT器件相比,基于转移技术的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件可以得到厚度更小且质量更好的铁电栅介质,同时可以防止铁电在高温生长时造成的与AlGaN势垒层之间的扩散而对器件特性造成影响。这都使得基于转移的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件具有更好的栅控能力。另外,器件在栅极预极化之后具有很好的阈值电压的稳定性,这也使得PZT/AlGaN/GaN HEMT器件在增强型器件领域的应用具有很大的潜力。基于铁电转移技术的PZT/AlGaN/GaN HEMT也为铁电/AlGaN/GaN HEMT器件的制作提供了一个新的思路,使得铁电介质与GaN材料的异质集成可以应用在更多新的领域中。综上所述,本文成功制作了基于铁电极化调控的增强型PZT/AlGaN/GaN HEMT器件,同时对器件的调控机理进行了深入的分析,并且创新性的利用薄膜转移工艺实现了高质量的铁电薄膜与AlGaN/GaN异质结的集成。在铁电介质与GaN基器件集成的应用中取得了一些关键性的突破,为铁电与GaN基器件进行集成提供了很好的参考和指导作用。
严霏[8]（2019）在《氮化镓基毫米波/亚毫米波肖特基势垒二极管工艺研究》文中进行了进一步梳理毫米波/亚毫米波频段在现代无线通信中具有显着的优势,近年来毫米波/亚毫米波段的器件和模块发展迅速。而在这个频段的电路系统中,肖特基二极管有着十分广泛的应用。不论是在集成电路接收系统中的混频器,还是在固态源组件中的倍频器,肖特基二极管都处于主流地位。随着毫米波/亚毫米波技术的发展,需要更高频率、高功率的组件来满足需求,要求肖特基二极管的功率和频率处理能力提高。氮化镓材料由于其具有宽禁带以及高击穿电压的特点,被广泛应用在各类高频高功率器件。氮化镓基肖特基二极管作为宽禁带半导体器件代表之一,一直是人们研究的热点。关于氮化镓基肖特基二极管的研究主要集中在两个方面,一方面是提高反向击穿电压降低泄漏电流,另一方面是提高截止频率。本文的研究工作是如何提高氮化镓基肖特基二极管的截止频率。截止频率和肖特基二极管的串联电阻以及零偏压电容成反比,因此一般通过提高AlGaN层的Al组分来降低串联电阻或者减小阳极接触面积来降低零偏压电容,从而提高截止频率。但是随着应用需求的不断提高,不能一味的通过提高Al组分或者减小阳极接触面积来提高截止频率。本文从降低器件串联电阻来提高截止频率方面,提出了用Al组分渐变的AlGaN层替换原来Al组分恒定的AlGaN层,将原来被局限在AlGaN/GaN异质结界面附近三角势阱中的极化电荷向AlGaN一侧展宽,明显的增加了异质结中的高电导区域,减小了串联电阻,从而有效提高肖特基二极管的截止频率。本文的研究工作主要分为两个部分。第一部分是肖特基二极管器件仿真,仿真Al组分渐变的肖特基二极管和Al组分恒定的肖特基二极管,分别计算出能带结构和IV特性,验证仿真结构的正确搭建。再对比研究这两种器件的串联电阻,验证了Al组分渐变结构的肖特基二极管串联电阻低于Al组分恒定的肖特基二极管。第二部分是实验验证,分别外延生长Al组分渐变结构和Al组分恒定结构的外延片,通过高分辨率X射线衍射、场发射扫描电子显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱以及霍尔效应测试对外延片进行表征分析。然后进行肖特基二极管工艺的制作,本文中为了防止复杂电极结构的肖特基二极管寄生参数过大影响对串联电阻的计算研究,所以选择制作尺寸较大、结构较为简单的平面结构,有效的降低了工艺的难度。再进行I-V和C-V测试,提取了串联电阻和零偏压电容,计算了截止频率。结果表明Al组分渐变结构的肖特基二极管串联电阻更低,截止频率更高,验证了本文中提出的可以采用Al组分渐变的AlGaN层替换原来Al组分恒定的AlGaN层来提高肖特基二极管截止频率这一研究目标。最后在Al组分渐变和Al组分恒定的异质结外延片上进行了毫米波/亚毫米波段GaN基肖特基二极管流片实验,设计了详细的版图并总结了流片实验结果。
罗俊[9]（2018）在《AlGaN/GaN异质结功率晶体管新结构与特性分析研究》文中进行了进一步梳理Si基功率半导体器件经过数十年的发展,已经接近其性能极限。为了满足电力电子技术的快速发展需要,以GaN为代表的第三代宽禁带半导体成为了研究的热点。以AlGaN/GaN HEMT为代表的异质结晶体管被认为是30～1800V电压范围内理想的功率半导体器件。但是AlGaN/GaN异质结功率晶体管的高耐压、增强型、高可靠等多项关键技术仍然有待进一步突破,许多影响器件特性的机理性问题有待更加深入地研究。本文即在此背景下对AlGaN/GaN异质结功率晶体管的击穿机理、陷阱态、耐压新结构、增强型新结构等内容展开了广泛且较为深入的研究。主要研究工作和结果如下:1、对增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT器件的阈值特性进行了研究。研究表明,通过增加槽栅深度或者栅金属的功函数均可以使AlGaN/GaN HEMT器件的阈值电压朝正方向移动。器件的最大跨导随着槽栅深度的增加而增大,而栅金属的功函数大小对器件的最大跨导值几乎没有影响。将高功函数栅金属与槽栅结构相结合可以获得较大阈值电压的增强型器件,采用Pt作为栅金属,栅长为1μm且槽栅深度为15nm时,实现的增强型器件阈值电压达到了 0.7V,最大跨导为542mS/mm。2、采用变频电导法定量地研究了刻蚀工艺在AlGaN/GaN HEMT中引入的陷阱态。研究表明,对于常规HEMT器件,刻蚀工艺在HEMT器件中引入了大量的浅能级陷阱。通过采用350℃退火工艺,刻蚀引入的浅能级陷阱会变成深能级陷阱,导致退火后的HEMT器件中存在快态和慢态两类陷阱。刻蚀和后续的退火工艺会影响器件栅漏电的大小,这是由器件陷阱态的变化引起的。对于DH HEMT器件,刻蚀工艺在AlGaN/GaN/AlGaN DH HEMT器件中引入了大量的陷阱态,这些陷阱的能级主要分布在0.36～0.40eV,这个能级范围位于常规DH HEMT两种陷阱能级之间。3、研究了栅长LG对AlGaN/GaN HEMT器件击穿电压的影响规律及其物理机制。常规HEMT和DH HEMT的击穿电压均随着LG的增加先增加,而后在LG=3μm时达到饱和。研究表明,当LG<3μm时,器件的击穿主要是由缓冲层漏电流引起的;当LG≥3μm时,器件的击穿主要是由栅泄漏电流引起的。较大栅长的HEMT器件可以缓解缓冲层漏电导致的碰撞电离,这是器件击穿电压提高的原因。对于LG≥3μm的HEMT器件,缓冲层中的高电场区域几乎被完全耗尽,电子很难从源端注入到高电场区域,因而器件的击穿电压没有明显的差别。4、研究了栅长LG对AIGaN/GaN HEMT器件DIBL效应的影响规律及其物理机制。研究发现,常规HEMT器件的DIBL效应随着栅长的增加而降低,当栅长LG从1μm增加到20μm时,对应的DIBL从13.6mV/V下降到了 3.8mV/V。而不同栅长的DH HEMT器件的DIBL效应均很小,几乎都为0。研究表明,对于DH HEMT器件,其2DEG被限制在两个AlGaN层之间,这提高了 2DEG的限域性,良好的限域性使得DH HEMT具有很小的DIBL效应。对于常规HEMT器件,随着HEMT器件栅长的增加,栅下方耗尽区深度会增加;而随着漏压的增加,栅长越大,耗尽区深度的相对变化量也会越小,耗尽区面积受到的影响越小。栅长较小时,不仅栅下方形成的电子势垒较窄,而且靠近源端一侧的势垒特别容易被漏端偏置拉低,此时,器件的DIBL效应更加显着,反之亦然。同时,研究还表明,深能级掺杂可以更有效地抑制HEMT器件的DIBL效应。对于缓冲层漏电较低的材料结构,其DIBL效应本身就很小,也不容易受栅长的影响。5、提出了基于体电场调制的AlGaN/GaN异质结功率晶体管的概念,基于这一概念,设计了 DBPL AlGaN/GaN HEMT器件和PIBL AlGaN/GaN HEMT器件两种新结构高压HEMT器件,并对器件耐压提高的机理进行了分析解释。对于DBPL HEMT器件,其栅漏间平均击穿电场达到了 2.55MV/cm,特征导通电阻Ron,sp,sp仅为1.3mΩ·cm2,计算出的FOM高达3198MW·cm-2。对于PIBL HEMT器件,其栅漏间平均击穿电场达到了 1.7MV/cm,特征导通电阻Ron,sp为1.8mΩ·cm2,计算出的FOM高达1606MW·cm-2。研究表明,P型GaN埋层越薄,埋层对器件的电场调制作用也越强,器件能够承受耐压也越高。由于DBPL结构相较于PIBL结构具有更强大的电场调制能力,即器件栅漏之间的表面电场分布更加均匀,DBPL HEMT器件的平均击穿电场和功率品质因数分别比PIBL HEMT器件提高了 50%和100%。6、提出了电介质/P-AlGaN叠栅结构来提高增强型AlGaN/GaN HEMT器件的阈值电压,并对器件阈值电压增加的机理进行了分析解释。研究表明,P-AlGaN栅上方增加的电介质层承担了一部分栅压是使器件阈值电压增加的原因;降低电介质层的介电常数或者增加电介质层的厚度均可以使器件的阈值电压增加,与此同时,器件的最大输出电流几乎不受影响。固定P-AlGaN的厚度为l00nm且掺杂浓度为1 ×1018cm-3,当采用10nm厚的A12O3作为叠栅结构电介质层时,器件的阈值为2.1V。当采用30nm厚的SiO2作为叠栅结构电介质层时,器件的阈值电压进一步增加到8.6V,这一阈值电压对增强型AlGaN/GaN HEMT器件是很高的。
牟靖宇[10]（2015）在《InAlN/GaN HEMT器件结构设计与模型》文中认为功率半导体器件在电源管理、消费电子、电力传输等领域得到广泛的应用,对人们的生活产生深远影响。硅基半导体器件经过几十年的发展,其性能几乎超过其材料的理论极限,然而电子系统的飞速发展,对功率器件的要求越发严苛,寻找高性能的功率半导体材料迫在眉睫。相对于第一代半导体材料硅,化合物半导体材料氮化镓（GaN）具有禁带宽、电子饱和速度高、临界击穿电场大等优点,这赋予了GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）具有开关速度快、导通电阻低、击穿电压高等特点。In AlN/GaN异质结在势垒层In组分为17%时可以实现晶格匹配,有效地增加器件的可靠性,而且InAlN/GaN异质结由于超强的自发极化效应可以实现高浓度2DEG,极大地提高器件的电流密度。然而In AlN/GaN HEMT在大范围应用之前还面临许多挑战,比如电流崩塌、泄漏电流的抑制、增强型器件技术,以及晶圆材料质量的提升等。本文的主要内容如下:（1）结合相关文献对GaN异质结的极化效应和GaN HEMT工作机理以及增强型器件的实现方式做了理论分析,对GaN基HEMT的电流崩塌成因、抑制方法进行深入讨论。基于自己在中科院微电子所和苏州纳米所的流片经验和已有资料对GaN HEMT的关键工艺方法做了介绍。（2）基于Sentaurus器件仿真平台对InAlN/GaN HEMT的两种常用增强型技术凹槽栅结构与负离子注入技术进行仿真研究。分析凹槽深度和负离子注入体密度对器件阈值电压的影响,并结合能带结构建立凹槽栅结构InAlN/GaN HEMT阈值电压模型。（3）采用肖特基源InAlN/GaN HEMT技术,低功函数的肖特基金属代替常规HEMT结构的欧姆源极。该结构源极金属可以避免高温退火,有效改善了金属与半导体的接触形貌,进而可以降低反向漏电、提高耐压。本文首先通过仿真研究肖特基源In AlN/GaN HEMT技术相对于常规HEMT反向特性的改善,然后通过实际器件的制备测试验证肖特基源In AlN/GaN HEMT可以有效提高器件的击穿耐压。
二、调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触（论文提纲范文）
（1）氧化镓基光电探测器件结构与性能优化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 紫外光电探测器的应用发展需求 |
| 1.2.1 军事应用前景 |
| 1.2.2 民事应用前景 |
| 1.2.3 研究优势 |
| 1.3 光电探测器的基本分类 |
| 1.3.1 光电导探测器(无结器件) |
| 1.3.2 肖特基势垒型 |
| 1.3.3 金属-半导体-金属型(双肖特基结) |
| 1.3.4 pn结型 |
| 1.3.5 pin结型 |
| 1.4 光电探测器核心性能参数 |
| 1.4.1 量子效率 |
| 1.4.2 响应度 |
| 1.4.3 暗电流 |
| 1.4.4 光电流 |
| 1.4.5 响应时间 |
| 1.4.6 噪声等效功率 |
| 1.4.7 探测度和归一化探测度 |
| 1.5 研究现状总结 |
| 1.5.1 光电导型光电探测器 |
| 1.5.2 肖特基势垒型光电探测器 |
| 1.5.3 金属-半导体-金属型光电探测器 |
| 1.5.4 异质结结构光电探测器 |
| 1.6 研究内容与结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 实验方法及测试手段 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 器件制备方法 |
| 2.2.1 激光分子束外延 |
| 2.2.2 磁控溅射 |
| 2.2.3 导模法 |
| 2.2.4 紫外光刻 |
| 2.2.5 离子束溅射 |
| 2.3 器件表征方法 |
| 2.3.1 晶体结构表征方法 |
| 2.3.2 表面形貌表征方法 |
| 2.3.3 掺杂组分表征方法 |
| 2.3.4 吸收特性及带隙表征方法 |
| 2.3.5 光电性能表征方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 光电导结构光电探测器性能优化研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 器件制备 |
| 3.3 性能表征及机理分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 肖特基势垒结构光电探测器性能优化研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 器件制备 |
| 4.3 性能表征及机理分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 异质结结构光电探测器性能优化研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 器件制备 |
| 5.3 性能表征及机理分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 基于异质结结构光电探测器能带工程研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 器件制备 |
| 6.3 性能表征及机理分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间取得的学术成果列表 |
| 学术论文 |
| 作为第一作者 |
| 作为合作者 |
| 参加会议 |
（2）GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| §1-1 氮化镓(GaN)基电子器件研究背景与意义 |
| 1-1-1 GaN材料特点 |
| 1-1-2 GaN基电子器件应用和市场潜力 |
| §1-2 GaN基异质结场效应晶体管(HFETs)发展历史及研究进展 |
| 1-2-1 GaN基异质结材料发展历史及研究进展 |
| 1-2-2 耗尽型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| 1-2-3 增强型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| §1-3 极化库仑场散射理论的发展历史及研究进展 |
| §1-4 本论文的研究内容和安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 器件制备与测试 |
| §2-1 GaN基异质结材料的外延生长技术 |
| 2-1-1 衬底选择 |
| 2-1-2 外延生长 |
| §2-2 GaN基异质结材料的表征 |
| 2-2-1 2DEG密度、迁移率、方块电阻测试 |
| 2-2-2 高分辨率X射线衍射(HRXRD)测试 |
| 2-2-3 原子力显微镜(AFM)测试 |
| 2-2-4 微区拉曼(Micro-Raman)测试 |
| §2-3 GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-1 器件版图设计与光刻技术 |
| 2-3-2 耗尽型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-3 增强型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| §2-4 GaN-Based HFETs性能测试 |
| 2-4-1 聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)测试 |
| 2-4-2 电容-电压(C-V)测试 |
| 2-4-3 直流(D-C)测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究 |
| §3-1 AlGaN/GaN异质结材料中的极化效应 |
| §3-2 AlGaN/GaN HFETs中的极化库仑场散射 |
| 3-2-1 极化库仑场散射的理论模型 |
| 3-2-2 两种方法的计算结果与分析 |
| §3-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §4-1 实验和理论方法 |
| §4-2 AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §4-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §5-1 实验和理论方法 |
| §5-2 AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §5-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §6-1实验和理论方法 |
| §6-2 AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系分析 |
| §6-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究 |
| §7-1 实验方法 |
| §7-2 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻的影响分析 |
| §7-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| Paper 1 |
| Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）GaN基功率二极管耐压机理与新结构研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景概述 |
| 1.2 GaN基功率器件研究现状 |
| 1.2.1 GaN基功率二极管技术难点 |
| 1.2.2 GaN基功率二极管研究进展 |
| 1.3 论文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 GaN基功率二极管基本特性与耐压机理 |
| 2.1 GaN材料的基本特性 |
| 2.2 GaN基PN二极管工作原理与击穿机理 |
| 2.2.1 GaN基PN二极管正向导通机理 |
| 2.2.2 GaN基PN二极管击穿机理 |
| 2.2.3 GaN基PN二极管开关特性 |
| 2.3 GaN基功率二极管常规耐压技术分析 |
| 2.3.1 场限环 |
| 2.3.2 结终端 |
| 2.3.3 场板 |
| 2.3.4 沟槽终端 |
| 2.3.5 RESURF |
| 2.3.6 氮基终端 |
| 2.3.7 斜角终端 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 多层复合介质结构GaN基PN二极管研究 |
| 3.1 复合介质结构耐压原理 |
| 3.2 MCD-TGD的结构模型与击穿特性 |
| 3.3 TCD-TGD的关键结构参数优化 |
| 3.4 MCD-TGD的开关特性仿真 |
| 3.5 MCD-TGD结合垂直场板的仿真研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 AlGaN/GaN异质结肖特基二极管电流输运与漏电机理研究 |
| 4.1 AlGaN/GaN的异质结极化效应 |
| 4.2 AlGaN/GaN异质结中二维电子气的形成机理 |
| 4.3 肖特基接触的电流输运机理 |
| 4.3.1 热电子发射电流 |
| 4.3.2 隧穿电流 |
| 4.3.3 Frenkel-Poole输运机理 |
| 4.3.4 Fowler-Nordheim隧穿 |
| 4.4 AlGaN/GaN异质结肖特基二极管的制备 |
| 4.5 Si衬底和蓝宝石衬底上SBD的电学特性分析 |
| 4.5.1 正向特性研究 |
| 4.5.2 反向特性研究 |
| 4.6 不同肖特基接触金属的SBD电学特性分析 |
| 4.7 钝化层结构对SBD电学特性的影响 |
| 4.8 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间的研究成果 |
（4）GaN基功率电子器件新结构和关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN基功率电子器件的研究背景与意义 |
| 1.1.1 GaN材料及其优势 |
| 1.1.2 GaN基横向功率电子器件优势及其存在的问题 |
| 1.1.3 GaN基垂直功率电子器件优势及其存在的问题 |
| 1.2 GaN基功率电子器件的国内外研究历史与现状 |
| 1.2.1 国内GaN基功率电子器件研究历史与现状 |
| 1.2.2 国外GaN基功率电子器件研究历史与现状 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 GaN基功率电子器件原理模型及仿真方法 |
| 2.1 GaN及GaN异质结的极化效应 |
| 2.1.1 GaN及GaN异质结的自发极化与压电极化 |
| 2.1.2 GaN异质结二维电子气产生机理和计算方法 |
| 2.2 GaN基功率电子器件的物理模型与耐压机理 |
| 2.2.1 GaN基功率电子器件阈值电压模型和IV模型 |
| 2.2.2 GaN基功率电子器件迁移率模型和雪崩击穿模型 |
| 2.3 GaN基功率电子器件的开关特性仿真方法 |
| 2.3.1 开关特性仿真电路设计与常规GaN器件开关特性仿真 |
| 2.3.2 器件结构和参数对GaN器件开关特性的影响 |
| 2.3.3 高频和高温下器件的开关特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 带有垂直超结的GaN垂直HEMT器件新结构 |
| 3.1 带有超结结构的GaN垂直HEMT器件工作原理与耐压机理 |
| 3.2 带有超结结构的GaN垂直HEMT器件对耐压的提升 |
| 3.2.1 器件仿真参数设置和直流特性 |
| 3.2.2 器件击穿特性与R_(on)与BV折中关系的优化 |
| 3.3 带有超结结构的GaN垂直HEMT器件与国内外先进水平的对比 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 具有AlGaN缓冲层的GaN HEMT器件新结构 |
| 4.1 具有常规AlGaN缓冲层的GaN HEMT器件 |
| 4.1.1 缓冲层Al组分对器件阈值电压和导通电阻的影响 |
| 4.1.2 AlGaN缓冲层参数对器件电场分布和击穿电压的影响 |
| 4.2 具有复合AlGaN缓冲层的GaN HEMT器件新结构及其工作原理 |
| 4.3 复合AlGaN缓冲层结构对器件击穿电压的提升 |
| 4.3.1 器件仿真结构与制备方法 |
| 4.3.2 器件直流特性与击穿特性 |
| 4.3.3 器件结构参数的优化 |
| 4.3.4 新结构器件与国内外先进水平对比 |
| 4.3.5 新结构器件CV特性 |
| 4.3.6 新结构器件开关特性 |
| 4.4 具有高k低 k复合介质层的GaN HEMT器件新结构及工作原理 |
| 4.5 具有高k低k复合介质层新结构对击穿电压的提升 |
| 4.5.1 器件仿真参数设置与制备方法 |
| 4.5.2 新结构的直流特性和对击穿电压的提升 |
| 4.5.3 新结构器件关键参数的优化 |
| 4.5.4 新结构器件与国内外先进水平的对比 |
| 4.5.5 新结构器件的CV特性 |
| 4.5.6 新结构器件的开关特性 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 具有复合AlGaN背势垒层的GaN HEMT器件新结构 |
| 5.1 具有复合AlGaN背势垒结构的GaN HEMT器件新结构工作原理 |
| 5.2 复合AlGaN背势垒层结构对击穿电压的提升 |
| 5.2.1 器件仿真参数设置与制备方法 |
| 5.2.2 新结构器件的直流特性和击穿特性 |
| 5.2.3 新结构器件的关键参数优化 |
| 5.2.4 新结构器件与国内外先进水平对比 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 高耐压GaN基功率电子器件制备工艺和关键技术 |
| 6.1 GaN基功率电子器件基本制备工艺流程 |
| 6.2 隔离方式选择 |
| 6.2.1 台面隔离 |
| 6.2.2 离子注入隔离 |
| 6.3 栅介质沉积 |
| 6.3.1 栅介质对GaN基功率电子器件的影响 |
| 6.3.2 栅介质生长方法 |
| 6.4 表面钝化 |
| 6.4.1 表面钝化层对GaN基功率电子器件的影响 |
| 6.4.2 不同钝化层工艺的优化 |
| 6.5 高耐压GaN基功率电子器件的制备与表征 |
| 6.5.1 Si衬底GaN HEMT器件击穿特性 |
| 6.5.2 蓝宝石衬底GaN HEMT器件击穿特性 |
| 6.5.3 制备的高耐压器件与国内外先进水平对比 |
| 6.6 GaN基功率电子器件的开关特性表征 |
| 6.7 本章小结 |
| 第七章 全文总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（5）基于二次外延的p型栅GaN基增强型高电子迁移率晶体管（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 p-GaN E-HEMT的研究意义 |
| 1.2 p-GaNE-HEMT简介及国内外研究进展 |
| 1.2.1 Si基AlGaN/GaN HEMT的发展 |
| 1.2.2 p-GaN E-HEMT的研究概况 |
| 1.2.3 拟采用方案与总体研究思路 |
| 1.3 论文设计与工作安排 |
| 第2章 p-GaN E-HEMT的制备与测试方法 |
| 2.1 GaN材料的外延生长 |
| 2.2 器件的加工制备 |
| 2.3 器件的测试表征 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 p-GaN E-HEMT的性能仿真分析 |
| 3.1 Silvaco对p-GaN E-HEMT进行仿真的程序及相关物理模型 |
| 3.2 P-GaN E-HEMT的基本性能仿真分析 |
| 3.3 P-GaN E-HEMT关态时电场分布的影响因素仿真 |
| 3.4 P-GaN E-HEMT的动态性能仿真分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 器件结构与工艺版图设计 |
| 4.1 器件的优值功耗系数及其影响因素 |
| 4.2 工艺流程设计 |
| 4.3 器件制备的测试结构设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 p-GaN的MOCVD二次外延生长及其影响研究 |
| 5.1 厚势垒AlGaN/GaN异质结生长及栅槽的精确刻蚀 |
| 5.2 栅槽刻蚀表面处理 |
| 5.3 P-GaN的二次外延生长 |
| 5.4 二次外延界面对器件栅极性能的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 p-GaN E-HEMT表面钝化及其影响研究 |
| 6.1 p-GaN E-HEMT表面钝化方案 |
| 6.2 高温LPCVD SiNx表面钝化研究 |
| 6.3 LPCVD SiNx表面钝化后高质量的金属接触制备 |
| 6.4 LPCVD SiNx表面钝化的二次外延p-GaN E-HEMT性能 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 p-GaN E-HEMT的栅极可靠性研究 |
| 7.1 p-GaN栅极漏电及其机制 |
| 7.1.1 测试结构及其等效电路 |
| 7.1.2 变温I-V测试 |
| 7.1.3 反偏“栅金属/p-GaN”肖特基结的F-N隧穿效应 |
| 7.2 p-GaN栅极寿命 |
| 7.3 p-GaN栅极失效过程分析与机理 |
| 7.3.1 步进电压法测试与分析 |
| 7.3.2 恒电压下p-GaN栅极性能的变化 |
| 7.3.3 p-GaN栅正向电压下的失效机制 |
| 7.4 p-GaN栅极的均匀性初步 |
| 7.5 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果 |
（6）功能氧化物薄膜异质外延集成及增强型HEMT器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 增强型GaN高电子迁移率晶体管 |
| 1.2.1 GaN高电子迁移率晶体管 |
| 1.2.2 增强型高电子迁移率晶体管 |
| 1.3 氧化物功能薄膜GaN基异质外延集成 |
| 1.3.1 氧化物薄膜半导体基异质外延设计 |
| 1.3.2 氧化物薄膜/半导体界面缓冲层设计 |
| 1.3.3 功能氧化物薄膜GaN基外延集成 |
| 1.4 功能氧化物栅极增强型HEMT器件 |
| 1.4.1 铁电氧化物栅极增强型HEMT器件 |
| 1.4.2 P型氧化物栅极增强型HEMT器件 |
| 1.5 本文研究意义与内容 |
| 第2章 基于脉冲激光沉积方法的外延薄膜制备与表征 |
| 2.1 脉冲激光沉积方法简介 |
| 2.2 PLD制备外延薄膜的参数优化 |
| 2.3 RHEED原位监测技术在外延薄膜生长中的应用 |
| 2.4 铁电-半导体外延异质结表征方法 |
| 第3章 钙钛矿型铁电薄膜GaN基外延集成 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 LSCO/TiO_2 缓冲层诱导PMN-PT铁电薄膜GaN基外延集成 |
| 3.2.1 PMN-PT/LSCO/TiO_2/GaN外延异质结构制备与表征 |
| 3.2.2 PMN-PT薄膜GaN基外延生长机制 |
| 3.2.3 PMN-PT外延铁电薄膜电学特性 |
| 3.3 BaTiO_3/CoFe_2O_4 磁电多铁异质结GaN基外延集成 |
| 3.3.1 BaTiO_3/CoFe_2O_4/GaN外延异质结制备与表征 |
| 3.3.2 BaTiO_3/CoFe_2O_4/GaN异质结构外延生长机制 |
| 3.3.3 BaTiO_3/CoFe_2O_4/GaN异质微结构 |
| 3.3.4 BaTiO_3/CoFe_2O_4 异质结磁电特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 缓冲层诱导SrTiO_3-GaN外延集成生长机理 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 STO/buffer/GaN外延异质结构制备与表征 |
| 4.3 STO/buffer/GaN异质结构外延生长机制 |
| 4.4 STO/buffer/GaN外延异质微结构 |
| 4.5 STO/TiN/GaN异质结构外延生长机理解析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 BaTiO_3/MgO/AlGaN/GaN/Si异质结界面极化耦合机理 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 BaTiO_3/MgO/AlGaN/GaN/Si异质结构制备与表征 |
| 5.3 BaTiO_3/MgO/AlGaN/GaN/Si异质微结构 |
| 5.4 BaTiO3铁电层铁电特性与自发极化机理 |
| 5.5 铁电极化与2DEG界面极化耦合机理 |
| 5.6 本章小结 |
| 第6章 Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2 铁电栅极增强型HEMT器件 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2/MgO/AlGaN/GaN/Si异质结构制备与表征 |
| 6.3 Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2/MgO/AlGaN/GaN/Si异质微结构 |
| 6.4 Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2/MgO/AlGaN/GaN/Si异质结极化耦合效应 |
| 6.5 Hf_(0.5)Zr_(0.5)O_2 铁电栅极HEMT器件 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 P型Ni_(1-x)Li_xO栅极增强型HEMT器件 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 Ni_(1-x)Li_xO/AlGaN/GaN/Si异质结构制备与表征 |
| 7.3 Ni_(1-x)Li_xO/AlGaN/GaN/Si异质微结构 |
| 7.4 Ni_(1-x)Li_xO/AlGaN/GaN/Si异质结电学特性 |
| 7.5 P型氧化物栅设计规则 |
| 7.6 本章小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 论文总结 |
| 8.2 展望和建议 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历 |
| 攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（7）基于极化调控的GaN基增强型HEMT器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN材料和GaN基 HEMT的优势及进展 |
| 1.2 铁电/半导体集成的优势和进展 |
| 1.3 铁电与GaN基器件集成前景和现状 |
| 1.4 本论文的研究内容和安排 |
| 第二章 铁电/AlGaN/GaN HEMT的工作原理及器件制备 |
| 2.1 常规AlGaN/GaN HEMT的工作原理 |
| 2.1.1 GaN基材料的极化特性 |
| 2.1.2 AlGaN/GaN HEMT的工作原理 |
| 2.2 铁电材料对AlGaN/GaN异质结的调制 |
| 2.2.1 铁电材料的极化特性 |
| 2.2.2 铁电材料对AlGaN/GaN异质结的调制 |
| 2.3 铁电/AlGaN/GaN HEMT的制备 |
| 2.3.1 AlGaN/GaN外延材料的生长 |
| 2.3.2 铁电/AlGaN/GaN HEMT的器件工艺 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 增强型PZT/AlGaN/GaN HEMT的实现 |
| 3.1 GaN基增强型器件的概述 |
| 3.2 PZT/AlGaN/GaN HEMT器件的制备及基本特性 |
| 3.2.1 PZT与 AlGaN/GaN集成的极化特性 |
| 3.2.2 PZT/AlGaN/GaN HEMT的基本特性 |
| 3.3 基于极化调控的增强型PZT/AlGaN/GaN HEMT器件 |
| 3.3.1 栅极预极化对PZT/AlGaN/GaN HEMT沟道的耗尽作用 |
| 3.3.2 增强型PZT/AlGaN/GaN HEMT的实现及器件特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于极化调控的PZT/AlGaN/GaN HEMT机理研究 |
| 4.1 基于PZT/AlGaN/GaN HEMT的极化调控模型 |
| 4.1.1 PZT极化翻转特性对PZT/AlGaN/GaN HEMT的影响 |
| 4.1.2 PZT/AlGaN/GaN HEMT的极化调控模型 |
| 4.2 漏极电压对PZT/AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响 |
| 4.2.1 漏压对PZT/AlGaN/GaN HEMT基本特性的影响 |
| 4.2.2 漏压对PZT/AlGaN/GaN HEMT中PZT极化电荷的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于铁电转移工艺的PZT/AlGaN/GaN HEMT |
| 5.1 PZT薄膜转移工艺的介绍 |
| 5.1.1 PZT铁电薄膜的生长 |
| 5.1.2 基于PZT转移技术的PZT/AlGaN/GaN HEMT器件制作 |
| 5.2 转移后PZT薄膜特性 |
| 5.3 转移后PZT/AlGaN/GaN HEMT的基本特性 |
| 5.3.1 转移后PZT/AlGaN/GaN HEMT的转移特性 |
| 5.3.2 转移后PZT/AlGaN/GaN HEMT的P-V特性 |
| 5.4 PZT对PZT/AlGaN/GaN HEMT的调制作用 |
| 5.4.1 PZT对PZT/AlGaN/GaN HEMT载流子密度的调控 |
| 5.4.2 PZT对PZT/AlGaN/GaN HEMT阈值电压的调控 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 结束语 |
| 6.1 本论文主要工作 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）氮化镓基毫米波/亚毫米波肖特基势垒二极管工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 毫米波/亚毫米波肖特基二极管的应用背景与研究意义 |
| 1.2 氮化镓基肖特基二极管优势与发展历史 |
| 1.3 本论文工作内容计划与安排 |
| 第二章 GaN基肖特基二极管原理 |
| 2.1 金属-半导体接触理论 |
| 2.2 Ga N基肖特基二极管原理 |
| 2.2.1 AlGaN/GaN异质结理论 |
| 2.2.2 肖特基二极管电学特性 |
| 2.3 小结 |
| 第三章 GaN基肖特基二极管结构设计及仿真 |
| 3.1 Al组分渐变AlGaN/GaN异质结理论 |
| 3.2 研究方案设计 |
| 3.3 Ga N基肖特基二极管仿真 |
| 3.3.1 仿真方案介绍 |
| 3.3.2 仿真结果分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 GaN基肖特基二极管外延材料生长及表征 |
| 4.1 氮化物薄膜生长技术 |
| 4.2 Ga N外延生长工艺流程及结构 |
| 4.3 表征方法介绍及实验测试结果 |
| 4.3.1 高分辨X射线衍射 |
| 4.3.2 场发射扫描电子显微镜 |
| 4.3.3 原子力显微镜 |
| 4.3.4 拉曼光谱 |
| 4.3.5 Hall效应测试 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 GaN基肖特基二极管器件工艺及测试结果分析 |
| 5.1 Ga N基肖特基二极管电极 |
| 5.2 Ga N基肖特基二极管器件工艺流程 |
| 5.3 Ga N基肖特基二极管测试结果分析 |
| 5.4毫米波/亚毫米波GaN基肖特基二极管实验 |
| 5.5 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（9）AlGaN/GaN异质结功率晶体管新结构与特性分析研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 AlGaN/GaN异质结功率晶体管的优势 |
| 1.3 AlGaN/GaN异质结功率晶体管的研究进展 |
| 1.4 本论文的研究内容和安排 |
| 第二章 AlGaN/GaN异质结功率晶体管基础问题 |
| 2.1 AlGaN/GaN异质材料的MOCVD生长 |
| 2.2 AlGaN/GaN HEMT器件的制造工艺 |
| 2.3 AlGaN/GaN异质结构特性测试方法 |
| 2.3.1 范德堡法霍尔测试 |
| 2.3.2 电容-电压测试(C-V测试) |
| 2.3.3 变频电导测量 |
| 2.4 AlGaN/GaN HEMT器件的仿真基础 |
| 2.4.1 基本方程 |
| 2.4.2 器件模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT器件相关研究 |
| 3.1 增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT器件仿真研究 |
| 3.1.1 槽栅深度对器件特性的影响 |
| 3.1.2 栅金属功函数对器件特性的影响 |
| 3.2 槽栅AlGaN/GaN HEMT器件中刻蚀引入的陷阱态 |
| 3.2.1 槽栅HEMT器件的基本特性 |
| 3.2.2 槽栅刻蚀及退火工艺对器件陷阱态的影响 |
| 3.2.3 刻蚀及退火对器件栅漏电的影响分析 |
| 3.3 增强型AlGaN/GaN/AlGaN DH槽栅HEMT器件的陷阱态研究 |
| 3.3.1 增强型DH槽栅HEMT器件的基本特性 |
| 3.3.2 槽栅刻蚀对增强型DH HEMT陷阱态的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 栅长对AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响 |
| 4.1 栅长对常规AlGaN/GaN HEMT器件特性的影响 |
| 4.1.1 栅长对常规AlGaN/GaN HEMT器件基本特性的影响 |
| 4.1.2 栅长对常规AlGaN/GaN HEMT器件击穿特性的影响 |
| 4.1.3 不同栅长下常规HEMT器件的DIBL效应 |
| 4.2 栅长对AlGaN/GaN DH HEMT器件特性的影响 |
| 4.2.1 栅长对AlGaN/GaN DH HEMT器件基本特性的影响 |
| 4.2.2 栅长对AlGaN/GaN DH HEMT器件击穿特性的影响 |
| 4.2.3 不同栅长下DH HEMT器件的DIBL效应 |
| 4.3 不同栅长AlGaN/GaN HEMT的DIBL效应仿真研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于体电场调制的高压HEMT器件 |
| 5.1 DBPL AlGaN/GaN HEMT器件 |
| 5.1.1 DBPL AlGaN/GaN HEMT的器件结构 |
| 5.1.2 DBPL AlGaN/GaN HEMT器件电特性研究 |
| 5.1.3 结构参数对DBPL HEMT器件击穿特性的影响 |
| 5.2 PIBL AlGaN/GaN HEMT器件 |
| 5.2.1 PIBL AlGaN/GaN HEMT的器件结 |
| 5.2.2 PIBL AlGaN/GaN HEMT器件电特性研究 |
| 5.2.3 结构参数对PIBL HEMT器件击穿特性的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 电介质/P-AlGaN叠栅增强型HEMT器件研究 |
| 6.1 常规P-AlGaN栅AlGaN/GaN HEMT器件 |
| 6.1.1 P-AlGaN栅的掺杂浓度对器件阈值电压的影响 |
| 6.1.2 P-AlGaN栅的厚度对器件阈值电压的影响 |
| 6.2 Al_2O_3/P-AlGaN叠栅结构AlGaN/GaN HEMT器件 |
| 6.3 电介质参数对叠栅HEMT器件阈值电压的影响 |
| 6.3.1 电介质的介电常数对叠栅HEMT器件阈值电压的影响 |
| 6.3.2 电介质的厚度对叠栅HEMT器件阈值电压的影响 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 本文的主要结论 |
| 7.2 未来的工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）InAlN/GaN HEMT器件结构设计与模型（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 GaN材料特性 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.4 本文架构及主要工作 |
| 第二章 GaN HEMT器件物理及关键工艺 |
| 2.1 GaN HEMT异质结特性 |
| 2.1.1 AlGaN/GaN异质结的极化效应 |
| 2.1.2 In AlN/GaN异质结的极化效应 |
| 2.1.3 In AlN/GaN HEMT的工作原理 |
| 2.2 增强型GaN HEMT的实现方式 |
| 2.2.1 凹槽栅技术 |
| 2.2.2 栅极氟离子注入技术 |
| 2.2.3 P-GaN栅技术 |
| 2.2.4 极化抵消技术 |
| 2.3 GaN HEMT的电流崩塌效应 |
| 2.3.1 电流崩塌效应的原因 |
| 2.3.2 电流崩塌效应的抑制 |
| 2.4 GaN HEMT的关键工艺 |
| 2.4.1 器件隔离 |
| 2.4.2 欧姆金属的制备 |
| 2.4.3 肖特基金属的制备 |
| 2.4.4 凹槽刻蚀 |
| 2.4.5 绝缘介质的制备 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 In AlN/GaN HEMT直流特性仿真与器件模型 |
| 3.1 器件仿真与模型 |
| 3.1.1 仿真软件Sentaurus简介 |
| 3.1.2 器件模型及材料参数 |
| 3.2 耗尽型In AlN/GaN HEMT/MISHEMT的直流特性仿真 |
| 3.3 凹槽栅结构In AlN/GaN HEMT转移特性与阈值模型 |
| 3.3.1 凹槽栅结构In AlN/GaN HEMT转移特性 |
| 3.3.2 凹槽栅结构In AlN/GaN阈值电压模型 |
| 3.4 栅极负电荷注入In AlN/GaN HEMT的转移特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 肖特基源In AlN/GaN HEMT技术 |
| 4.1 肖特基接触技术的提出 |
| 4.2 In AlN/GaN HEMT的耐压机理与仿真 |
| 4.2.1 In AlN/GaN HEMT的耐压机理 |
| 4.2.2 In AlN/GaN HEMT的耐压仿真 |
| 4.3 肖特基源In AlN/GaN HEMT的制备 |
| 4.3.1 外延生长 |
| 4.3.2 衬底的选择 |
| 4.3.3 器件的制备 |
| 4.3.4 测试结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 本文主要贡献 |
| 5.2 下一步工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
四、调制掺杂AlGaN/GaN异质结上的Pt肖特基接触（论文参考文献）
- [1]氧化镓基光电探测器件结构与性能优化研究[D]. 褚旭龙. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究[D]. 姜光远. 山东大学, 2021(11)
- [3]GaN基功率二极管耐压机理与新结构研究[D]. 赵智源. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]GaN基功率电子器件新结构和关键技术研究[D]. 刘勇. 电子科技大学, 2020(03)
- [5]基于二次外延的p型栅GaN基增强型高电子迁移率晶体管[D]. 钟耀宗. 中国科学技术大学, 2020(02)
- [6]功能氧化物薄膜异质外延集成及增强型HEMT器件研究[D]. 黎冠杰. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2020(03)
- [7]基于极化调控的GaN基增强型HEMT器件研究[D]. 陈丽香. 西安电子科技大学, 2019(07)
- [8]氮化镓基毫米波/亚毫米波肖特基势垒二极管工艺研究[D]. 严霏. 西安电子科技大学, 2019(02)
- [9]AlGaN/GaN异质结功率晶体管新结构与特性分析研究[D]. 罗俊. 西安电子科技大学, 2018(12)
- [10]InAlN/GaN HEMT器件结构设计与模型[D]. 牟靖宇. 电子科技大学, 2015(03)