AlGaNGaNMOS-HEMT高k栅介质ATLAS硕士论文.doc

高k栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件特性研究【摘要】 高性能AlGaN/GaN HEMT器件在高温、微波大功率应用上拥有明显的优势,然而AlGaN/GaN异质结HEMT器件仍然存在着界面缺陷、栅泄漏电流较大和电流崩塌效应等问题,严重限制了高频、大功率及高温可靠性。为了解决这一问题,人们在采用SiO2、Si3N4作为栅绝缘层介质的MOS-HEMT器件取得了很大的进展。然而由于器件尺寸不断缩小,为保持器件良好的性能,栅介质层厚度也需要相应减小,由此带来的量子隧穿效应导致栅泄漏电流增加,器件功耗增大,可靠性变差,于是,采用高介电常数的材料作为栅介质成为发展的趋势,采用高k栅介质可以在保持栅电容不变的同时,增加栅介质层的物理厚度,从而能够有效减小栅漏电流,改善器件的性能。本文首先对高k栅介质AlGaN/GaN MOS-HEMT器件进行了仿真特性分析,通过MOSHEMT与常规的肖特基栅器件的对比,MOS结构能够使器件获得更大的饱和电流,更高的截止频率,但栅介质的插入会影响栅控能力,即引起器件跨导下降和阈值电压负方向移动。在此基础上,作者还研究了相同结构,不同介质层厚度、不同介电常数材料以及温度对MOS-HEMT器件的特性影响,结果表明,氧化层厚度的.更多还原【Abstract】 High-performance GaN-based high-electron mobility transistors (HEMTs) have shown outstanding performance for high-temperature, high-power and high-frequency applications. However, they also have many questions, such as defect states, the larger gate leakage current and current collapse, which would seriously limit device reliability.To solve this problem, signifcant progress has been made on AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor high electron mobility transistors (MOS-HEMTs) using SiO2, Si3N4 as t.更多还原 【关键词】 AlGaN/GaN MOS-HEMT； 高k栅介质； ATLAS； 【Key words】 AlGaN/GaN MOS-HEMT； high-k gate dielectric； ATLAS； 摘要 3-4 Abstract 4-5 第一章 绪论 8-16 1.1 AlGaN/GaN HEMT 器件的研究进展 8-11 1.1.1 GaN 材料在微波功率器件方面的优势 8-10 1.1.2 GaN 基HEMT 器件的研究进展 10-11 1.2 AlGaN/GaN MOS-HEMT 器件的研究意义 11-14 1.2.1 AlGaN/GaN-MOS-HEMT 器件的研究进展 11-13 1.2.2 新型MOS-HEMT 栅介质材料的选择 13-14 1.3 本论文研究内容 14-16 第二章 MOS-HEMT 器件基本原理 16-26 2.1 AlGaN/GaN 异质结材料的极化效应 16-19 2.2 MOS-HEMT 器件的结构与制备 19-22 2.2.1 AlGaN/GaN MOS-HEMT 器件的基本结构 19-20 2.2.2 AlGaN/GaN MOS-HEMT 器件的制备 20-21 2.2.3 高k 栅介质的制备工艺 21-22 2.3 AlGaN/GaN MOS-HEMT 的工作机理 22-25 2.3.1 器件直流特性 22-24 2.3.2 器件频率特性 24-25 2.4 本章小结 25-26 第三章 GaN 基器件仿真工具与基本模型 26-38 3.1 GaN 基器件仿真的软件平台 26-28 3.1.1 TCAD 工具简介 26-27 3.1.2 器件仿真软件ATLAS 概述 27-28 3.2 基本材料参数的设置 28-29 3.3 ATLAS 中的方程与物理模型 29-33 3.4 模拟MOS-HEMT 器件的研究方法 33-36 3.4.1 极化效应 33 3.4.2 电极的定义 33-36 3.5 本章小结 36-38 第四章AlGaN/GaN MOS-HEMT 器件基本特性仿真 38-48 4.1 模拟的MOS-HEMT 器件基本结构 38-39 4.2 MOS-HEMT 器件仿真特性分析 39-41 4.3 不同参数对MOS-HEMT 器件特性的影响 41-45 4.3.1 栅氧化层厚度变化的影响 41-43 4.3.2 介电常数变化的影响 43-45 4.4 GaN 基MOS-HEMT 器件温度特性模拟 45-47 4.5 本章小结 47-48 第五章 Hf 基高k 栅介质MOS-HEMT 器件特性研究 48-54 5.1 Hf 基高k 栅介质的材料特性 48-49 5.2 Hf