微技二班代将

1、氮化镓（GaN ）氮化镓（GaN ）（3.5106V/cm、高电子迁移率（2000cm2/Vs 、高的二维电子气（2DEG ）2 AlGaN/GaNHEMT AlGaN/GaN AlGaN 层能带分布，实现从源极金属到 2DEG AlGaN/GaNHEMT Gallium nitride (GaN) is one of the ives of the third generation of （3.5106V/cm）,high electron mobility（2000cm2/Vs ）,highGallium nitride (GaN) is one of the ives of the th

2、ird generation of （3.5106V/cm）,high electron mobility（2000cm2/Vs ）,high concentrations al(2DEG)（1013cm-2）andhightemperaturesofworkability.Allexcellent qualities, make up well for the generation of Si and GaAs semiconductor materials ,and ings of es one of the frontiers of development. High electron

3、mobility transistor (HEMT), which on the AlGaN/GaN heterostructure, has been a piont the study er This r presents a field tunneling enhancement-AlGaN/GaN device ,which is different from the conventional AlGaN/GaN HEMT ,t structure of the source (S) is a schottky contact n ohmic conventional structur

4、es; the gate (G) is no longer located n the source and (D) but by etching a groove on the edge of the source, away from the the insulated gate electrode. By applying he grooves on the gate thedevice controlsthe distribution of AlGaN layer band near the gate, and then on and off n the source of metal

5、 and the 2DEG channel to achieve AlGaN/GaNHEMTdeviceKeywords: AlGaN/GaNHEMT;Tunnelingeffect;Schottkycontact;Groove第1章 引课题研究背景及意国内外研究进主要研究内第2章 GaN特性及传统AlGaN/GaN HEMT 工作机第1章 引课题研究背景及意国内外研究进主要研究内第2章 GaN特性及传统AlGaN/GaN HEMT 工作机2.1 GaN材料的基本特2.1.1GaN晶体结构的特2.1.2GaN的电学特2.1.3GaN的光学特2.2 GaN. 2.3 GaN材料的缺2.4 传统A

6、lGaN/GaNHEMT器件工作机2.4.1 传统AlGaN/GaNHEMT 器件典型结2.4.2A1GaN/GaN异质结中的二维电子欧姆接触与肖特基接触的基本原. 2.4.6HEMT 器件的直流参第3章场致隧穿增强型HEMT 器件原理及仿真模场致隧穿增强型AlGaN/GaNHEMT器件结场致隧穿增强型AlGaN/GaNHEMT工作机器件仿真环3.3.1Sentaurus-s工艺仿真工3.3.2Sentaurus-Device物理特性仿真工Sentaurus仿真结果查看与分析工3.4 器件仿真物理模基本方3.3.2Sentaurus-Device物理特性仿真工Sentaurus仿真结果查看与分

7、析工3.4 器件仿真物理模基本方极化效应模迁移率模复合模第4章场致隧穿增强型HEMT 器件特性模拟分4.1 器件结构建4.2 场致隧穿增强型HEMT 器件的开4.2 Al组分对于2DEG和器件直流特性的影4.2 AlGaN势垒层厚度对于器件特性的影结束参考文致外文资料原外文资料译11.1 课题研究背景及意Si Si GaAs 基半导Si基器件的最高工作温度难以达到 300，GaAs 基器件也很难超过 5001。随着科学技术的不断发展，人们GaN11.1 课题研究背景及意Si Si GaAs 基半导Si基器件的最高工作温度难以达到 300，GaAs 基器件也很难超过 5001。随着科学技术的不断

8、发展，人们GaN SiC （1-1SiC 更具有优势2，1-1Si、GaAs带隙禁带宽度（Wcm-1K-（cm2V-1s-介电饱和速率（cms-（1）Si-并且，A1GaN/GaN 1013cm-可在 A1GaN/GaN 的二维电子气al Electron Gas，2DEG)A1GaN/GaN HMET频、大功率及高温领域有广阔的应用前景。因此，这些年来，A1GaN/GaN 结高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN并且，A1GaN/GaN 1013cm-可在 A1GaN/GaN 的二维电子气al Electron Gas，2DEG)A1GaN/GaN HMET频、大功率及高温领域有广阔的应用前

9、景。因此，这些年来，A1GaN/GaN 结高电子迁移率晶体管(AlGaN/GaN HMET)AlGaN/GaNHEMT、较高的工作电流。AlGaN/GaN 异质结形成高浓度的 2DEG，电子1500-2000 cm2/Vs3，因此具有较高的电流能力。、较高的工作偏压。HEMT GaN、较高的工作温度。GaN （4GaN Si 和 GaAs 器件在较高的掺杂浓度下可获得更薄的薄膜，这将在不影响器件内阻的情AlGaN/GaN HEMT 自研制成功以来受到了广泛的关注，对于 HEMT 器件而言，增强型（常关型）HEMT 器件比耗尽型（常开型）HEMT 件具的优势其实现技术是研究者们极其关AlGaN/

10、GaNGaN HEMT的技术性能4HEMT V，性能要明显比耗HEMT35 V 以上，才能避免由于噪音而Al组分或者生长薄的势垒层降2DEG AlGaN/GaN HEMT 的寄生电阻和开态电阻，Al InGaN 盖帽层或 p-GaN 盖帽层制作增强型 HEMT，盖帽层使栅极对于沟道的控制变弱降低了器AlGaN/GaN HEMT 栅极下方 2DEG 离子体处理引起的刻蚀损伤；尽管目前 F HEMT 本文 种场致隧穿增强型 AlGaN/GaN HMET 器件，与常规 致隧穿增强型 AlGaN/GaN HEMT AlGaN/GaNHEMT 可以满足AlGaN/GaNHEMT1.2 国内HEMT 本文

11、 种场致隧穿增强型 AlGaN/GaN HMET 器件，与常规 致隧穿增强型 AlGaN/GaN HEMT AlGaN/GaNHEMT 可以满足AlGaN/GaNHEMT1.2 国内外研究进时5，器件的栅长为 4m，最大跨导为 28mS/mm，最大漏HEMT 500mA/mm11GHz35GHz6展到亚微米量级，器件的性能也有了很大提高。AlGaN/GaN HEMT在直流特性上，最大跨导已达到 525mS/mm7，最大漏源饱和电流达到 1.71A/mm8；在微特性上，器件的截止频率达到 121GHz，最大振荡频率达到 162GHz91-2 国内外对AlGaN/GaNHEMT时间饱和漏极电流截止

12、频率GaN 、GaN 器件方面均取得了进展，GaNLED A1GaN/GaN HFET大学以及西安电子科技大学做的工作较多。2002 年，张锦文等人了栅长 1.51m Au-HFET1047mS/mm。2003 了跨导为 120mS/mm11。2004 AlGaN/GaNGaN 、GaN 器件方面均取得了进展，GaNLED A1GaN/GaN HFET大学以及西安电子科技大学做的工作较多。2002 年，张锦文等人了栅长 1.51m Au-HFET1047mS/mm。2003 了跨导为 120mS/mm11。2004 AlGaN/GaNHEMT王冲等1 ,阈值电压随栅槽深度增大而向 X 轴正方向

13、移动131-1 AlGaNGaNHEMT结构图AlGaN/GaN HFET的制造工艺技术和器件特性不断取得突破的同AlGaN/GaN HFET的模拟仿真工作也一直在进行中。AlGaN/GaN A1GaN/GaN HMETAlGaN/GaN HFET的制造工艺技术和器件特性不断取得突破的同AlGaN/GaN HFET的模拟仿真工作也一直在进行中。AlGaN/GaN A1GaN/GaN HMET Synopsys公司的Sentaurus系列TCAD工具，通过选择适合 A1GaN/GaNHMET器件的仿真模型，并对其自带模型的参数进行修正从而实现A1GaN/GaNHFETSentaurusA1GaN

14、/GaNHMET1.3 主要研究内如前文所述，AlGaN/GaN HEMT器件已经显示出了优于其他材料同类器件仿真模拟为基础，从以下几个方面对AlGaN/GaNHEMT的特性进行研究。1GaNAlGaN/GaNHEMT器件的性GaN 器件研究成果与现状。2AlGaN/GaN HEMT AlGaN/GaN 3 TCAD 4章重点对AlGaN/GaNHEMT在不同结构参数和电学参数条件下的特性2GaNAlGaN/GaNHEMT2.1GaN材2GaNAlGaN/GaNHEMT2.1GaN材料的基本特氮化镓（GaN ）是第三代宽禁带半导体的代表之一，具有优良的特性：高（3.5106V/cm （2DEG

15、 ）浓度（1013cm-2Si GaAs 等半导体材料本身固有的缺点，从而成为飞速发展2.1.1GaN晶体结构的特GaN 按晶体结构可以分为纤锌矿型 GaN(h-GaN)和闪锌矿型 GaN(c-GaN)两种。通常，GaN 结晶成h-GaN，这与其它-MOCVD 和 GSMBE(气源体分子束外延)可制得 c-GaN，这其中最为重要的是选取合适的 N源(有高度活性)。与h-GaN相比，c-GaN晶体结构的对称性高，具有易于解理、3.270.01eV(4.2K)h-GaN 0.2eV 左右)，迁移率较高2-1 2-2 GaN 的特性。研究发现，GaN 的晶格2-1c-GaN 2-2h-GaN2.1.

16、2GaN的电学GaN均为n1014 41016cm-32-2h-GaN2.1.2GaN的电学GaN均为n1014 41016cm-3 p-GaN 料退火来实现pN化合物中载流子的迁移率在低温时主要受到电离杂质的制约，高温时则主要受到光学波声子的制约。n-GaN 77K 下的电子迁移率分别为 1500cm2/Vs 和 600cm2/Vs，载流子浓度则分别达到 81015cm-3 和 dEg/dT=-6.010-dEg/dP=4.210-a/a=5.5910-c/c=3.1710-介电常数0=8.9,0=9.5,声子模式A1(LO)=710cm-E1(LO)=741cm-740cm-403cm-2

17、.1.3GaN的光学二极管(LD)。GaN 的温度系数估计为:dEg/dT=-6.010-0K时的带隙Eg=3.503+0.005eV1.6K(5.0810-4T22.1.3GaN的光学二极管(LD)。GaN 的温度系数估计为:dEg/dT=-6.010-0K时的带隙Eg=3.503+0.005eV1.6K(5.0810-4T2)/(T-2.2GaN材料GaNSiGaN 单晶。GaN 20 60 NH3GaGaNMaruska相淀积(VPEGaN 3.39eVGaN 在1999 年，终于由ura14等利用MOCVD 法GaN pn GaN III NC 或FeP 1018m-3EO)技术等而被

18、大大降低15。目前，GaN 材料在生长上仍以外延方式为主，主要有氢化物气相外延(HVPE)、MOCVD、MBE 2-3。其中， MOCVD 技术由于其在材料质量和成本等方面的优势，具有最广泛的应用。2-2.3GaN材料的GaN外延薄膜中有大量的缺陷，包括由生长技术或掺杂带来的点GaN中的残余杂质主要有H2-2.3GaN材料的GaN外延薄膜中有大量的缺陷，包括由生长技术或掺杂带来的点GaN中的残余杂质主要有H、O、C和N 辐照(LEEBI子，以光子能量高于禁带宽度的光照射样品。OGaN 中是一种浅施主，它强烈地影响着材料的背景载流子浓度。O MOCVD 生长过程中气态 NH3Mg-H 复杂结构决

19、定的p型Mg掺杂需要进行生长需GaNMOC 有密切的联系空位(VGaNMOC 有密切的联系空位(VN)在氮化物材料中是一原生的点缺陷，理论计算表明，VN实验也说明，材料生长时当N/Ga蓝宝石衬底与 GaN 材料较大的晶格失配使在蓝宝石上直接生长 GaN 时，会GaN基异质结的质量，该区域的各种晶格缺陷还能够俘获电子，从2DEG密度，而且在较高温度下会对AlGaN/GaNHEMT器件形成旁路电导。目前，先在衬底上生长一层AlN或GaN GaN SiC 。GaN 从而产生应变驰豫的主要途径。通常位错密度的典型值为 107应力1011cm-2。位错削弱了极化效应的影响，在 GaN 基异质结中沿外延方

20、向的刃位错2DEG HEMT 器件不利。ELOGGaN缓冲层上方以开窗口的SiO2或SiM掩GaN长出窗口后横向层外延(PALE2.4 传统AlGaN/GaNHEMT器件工作机 传统AlGaN/GaNHEMT器件工作机2.4.1 传统AlGaN/GaNHEMT器件典型结2-1AlGaN/GaNHEMTAlGaN/GaN HEMT 2-1 所示。首先在衬底上生长一层GaNnA1GaN器件 部分 AlGaN/GaNnAlGaN层扩散到非掺杂GaN AlGaN/GaN HEMT器件分为常开型和常闭型。在常开型(normally-on)器件AlGaN层较厚，肖特基栅未将电子气完全耗尽。

21、当在肖特器件。在常闭型(normally-offAlGaN 2.4.2 A1GaN/GaN 异质结中的二维电GaN氮化物材料(GaN, AlN, InN 和它们三者的组合物)2-2 所示，其中四面Ga(Al,In)N原子按照ABABABAlGaN和GaNAlGaN/GaNHEMTs 2-2-2 （阳离子位置）指向 (阴离子位置)方向；如果 方向的键是从 AlGaN和GaNAlGaN/GaNHEMTs 2-2-2 （阳离子位置）指向 (阴离子位置)方向；如果 方向的键是从 （阴离子位置）子位置)，就叫做 极性晶体（ 晶面）场可由以下关系式给出分别是用来联系压电极化电场与应力张dij

22、k eijk 量。eij 的一些值还有N 和 InN的GaNAlGaN压电极化电场的方向沿着0001表面边界条件，其中dijk eijk 量。eij 的一些值还有N 和 InN的GaNAlGaN压电极化电场的方向沿着0001表面边界条件，其中其中 aAlGaN应力的GaN时的平面晶格常数，aGaN 代沿0001NInN 的压电张量和自发极化值2-4 纤锌矿结构-在理想的不发生应变弛豫的 AlxGa1-HEMT中，如果x是已知的在理想的不发生应变弛豫的 AlxGa1-HEMT中，如果x是已知的01AlGaNAlN的摩尔分数），AlxGa1-xN/GaN ，应变张量，=0.0495x，压电极化为=

23、2.66x1013cm-219 AlxGa1-xN 和GaN 在自发极化方面的差异可以用表2-4 中的GaN 的和Psp=3.25x1013cm-2。对的数值来计算Ga 000 2- 2DEG 2DEG GaN 基器件根据电荷平衡等式提出AlGaN/GaN HEMTs 上的表面态可能是二维电子气AlGaN/GaN HEMTs 结构中的空间电荷组分包括：AlGaN/GaN 界面和AlGaN表面处的自发极化和压电极化产生的电荷电离的表面态产生的电荷； AlGaN/GaN 阻挡层的电离施主产生的电荷；来源于二维电子气沟道中电子的电荷；GaN 缓冲层的电离陷阱产生的电荷

24、；图2-420展示了沿（0001）面的包含空AlGaN/GaNHEMT2-4 AlGaN/GaNHEMTAlGaN AlGaN 层中AlGaN AlGaN 层中2-5AlGaN导带以下ED EF 的，因为它们被电子占据而且沟道中不存在二维电子气。当增加 AlGaN 阻挡层的厚度时，AlGaN 层的电场也相应增加，结果使得表面态能级接近费米能级。如果 AlGaN 的阻挡层足够厚，表面态的能级在费米能级以上。当这种情况发生AlGaN 层太厚，就会发生应变松弛，从而导致极化效应降AlGaN 15-30 nm 的测量数据中能够观察到的二AlGaNAlN WmWs。这个由于接触而产生的电势WmWs。这个

25、由于接触而产生的电势Wm0)时的2-6的(c)图表示加反向电压(V0)时的的势垒(qns)才能到达半导体中，因此反向电流是很小的。由于金属一边的势说明这样的阻挡层具有类似于pn 2-6 外加电压对n2.4.5 影响肖说明这样的阻挡层具有类似于pn 2-6 外加电压对n2.4.5 影响肖特基势垒(1)中形成一定的分布表面处存在一个距离价带顶为 q0 的能级电子正好填满 q0以下所有的表面态时，表面呈电中性；q0以下的表面态空着时，表面带正电，呈现施主型：q0以上的表面态被电子填充时，表面带负电，呈现受主型。对于 q0之差，这时势垒高度称为被高表面态密度钉扎。此时半导体的功函数几乎与(2)(3)的

26、(4)作这样(3)的(4)作这样的简化：对于一定能量的电子，存在一个临界势垒厚度 xc。若势垒厚度大于xc，则电子完全不能穿过势垒；而如果势垒厚度小于 xc，则势垒对于电子是完2.4.6HEMT器件的直流参 AlGaN/GaNHEMT中最关心的是最大漏源电流和跨导的大小。沟道电流可表示为3章 场致隧穿增强型HEMTAlGaN/GaN 异质结构有很大的的导带偏移，两且在异质界面附近产生很强子气。而通常由于极化产生的 2DEG 使得 AlGaN/GaN 3章 场致隧穿增强型HEMTAlGaN/GaN 异质结构有很大的的导带偏移，两且在异质界面附近产生很强子气。而通常由于极化产生的 2DEG 使得

27、AlGaN/GaN 材料体系是常开型沟另外，虽然近年来增强型 HEMT 的研究工作已经取得了巨大的进步，但目AlGaN/GaN HEMT 的阈值电压都比较低 （1 V） ，性能要HEMT 35 V Al 组分或者生长薄的势垒层降低了沟道中 2DEG AlGaN/GaN HEMT 的寄生电阻和开态电阻，因此 Al 组分和势垒层厚度只能够在有限的范围内降低；生长 InGaN盖帽层或p-GaNHEMT，盖帽层使栅极对于沟道的控制变弱，降低了器件的跨导，对于 AlGaN/GaN HEMT 高频工作不利；凹栅刻蚀能够有效地耗尽栅极下方 2DEG 离子体处理引起的刻蚀损伤；尽管目前 F HEMT AlGa

28、N/GaNHEMT上3.1 场致隧穿增强型AlGaN/GaNHEMT器件结3-1 AlGaN/GaNHMETAlGaN/GaN HMET 3-1 GaN 3-1 AlGaN/GaNHMETAlGaN/GaN HMET 3-1 GaN MGaN GaN 构，其中M GaN AlGaN MGaN 层表面形成欧姆接触的金属漏电极形成；GaN异质结中的凹槽，凹槽GaN MGaN 层相接触的绝缘栅介质，凹槽 填充金属形成MGaN 。1Ga 之外的族元素 M 通常采用 Al 或 2SiO2、Si3N4、AlN、Al2O3、MgO3、刻蚀于 GaN 异质结中的凹槽所采用的刻蚀工艺为干法刻蚀或湿法刻蚀4ALD

29、或PECVD3.2 场致隧穿增强型AlGaN/GaNHEMT工作机本的场致隧穿增强型HEMT器件，与常规AlGaN/GaNHEMT 器（2-8 所示）AlGaN/GaN HEMT 近的 AlGaN 层能带分布，以达到电子从源极金属到 2DEG AlGaN/GaNHEMT 器件功能。3-2 AlGaN/GaNHEMT3-2 AlGaN/GaNHEMT，GaN 方式实现了器件的 2DEG 导电沟道的存在。由于极化产生的 2DEG 使得 AlGaN/GaN 材料体系是常开型沟道。为了实现所需的常关型沟道，此器件构建了垂直凹槽栅极结构，异质结界面的 2DEG 浓度与其能带分布有关，而能带的3-3（a）

30、为器件加栅压前的导带示意图，图 3-3（b）意图，进而调控异质结界面的 2DEG 费 费对于一定能量的电子存在一个临界势垒厚度 xc未加栅电压时势垒厚度于xc，则电子完全不能穿过势垒，没有（3-3（b）所示，能带发生弯曲，等电势点之间的距离（d）3.3 器件仿真环TCAD(Technology Computer Assisted Design)TCADTCAD 的前身。六十年代以来，计算机的广泛应用使得利用与传统的集成电路设计与开发方法相比，TCAD对 FAB 生Moore 了一种有效的解决方法，而集成电路虚拟制造技术(模拟等)及可制造性设计技术在SynopsysTCAD(Technology

31、 Computer Assisted Design)TCADTCAD 的前身。六十年代以来，计算机的广泛应用使得利用与传统的集成电路设计与开发方法相比，TCAD对 FAB 生Moore 了一种有效的解决方法，而集成电路虚拟制造技术(模拟等)及可制造性设计技术在SynopsysTCAD 单的介绍，主要包括：工艺仿真工具Sentaurus s工具SentaurusDevice 3.3.1Sentaurus-s工艺仿真工Sentaurus s是Synopsys 推出的新一代TCAD工艺级仿真工艺仿真工具。Sentaurus s s大规模(ULSI) Sentaurus sAvanti的TSUPREM

32、系列工艺级仿真工具、s系列工艺级仿真工具及ISEDios用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；2 大规模(ULSI) Sentaurus sAvanti的TSUPREM系列工艺级仿真工具、s系列工艺级仿真工具及ISEDios用户提供修改模型参数及增加模型的方便途径；2 的可视化输出。此外，Sentaurus s s(1)可以实现各类分立器件(2)(3)等(6)结合Sentaurus-Device3.3.2 Sentaurus-Device 物理特性仿微 Medici)Synopsys公司整合了MediciTaurusDevice以及ISEDESSIS特Sentaurus Device Me

33、dici)Synopsys公司整合了MediciTaurusDevice以及ISEDESSIS特Sentaurus Device 一代的器件物理特性仿真工具 Sentaurus Device新一代器件物理特性仿真工具Sentaurus Device25众多电学参数和电学特性。除此之外，Sentaurus Device 器件物理特性仿真工具Sentaurus Device测器件在无源状态下结构和器件物理特性参数以及有源条件下的静态瞬态伏安特性。Sentaurus Device Sentaurus Device 在经典的器件物理特性模型基础上，针对当前小尺寸纳米Sentaurus Device 还

34、可以精确地模拟量子器件、异质结器件和光电器件。通过SentaurusDevice可准确地判定区域问结漏电流的路径和各类小尺寸效应的特实现Sentaurus Device3-4 SentaurusDeviceSentaurus3.3.3 集成化3-4 SentaurusDeviceSentaurus3.3.3 集成化的虚拟设SentaurusSentaurusWorkBench26(简称SWB)是Snopsys公司在TaurusWorkbenchSynopsys 司TCADSentaurus 在集成环境下实现TCAD仿真及优化。SWB 3-5SWBSWB SWB TCAD 3-5SWBSWB S

35、WB TCAD 可制造性设计，IC制程工艺。缩短产品工艺制程的开发周期及管芯成品的上市时间。TCAD 设计更加符合可制造性要求以便另外，SWB 设计机制 DOE(Design of Experiment)及表面响应建模 RSM(Response M)DOE SWB 的项目数据库信息均保存在本地文件系统中，可在多用户环境下进行海量的文件管理，有利于实施大工程量的TCAD项目。SWB显然，SWB 还了TCAD3.3.4 仿真结果查看与分析工除了上面介绍的主体工具，3.3.4 仿真结果查看与分析工除了上面介绍的主体工具，Sentaurus TCAD 仿真结果查看与分析工具Inspcet和Tecplo

36、tSVInspect 是一个一维的特性分析工具可以用来查看并分析一维特性曲线(3-6InspectInspcet相比，Tecplot SV 的功能更加的强大，可Sentaurus DeviceTecplot 3-7TecplotSV3.4 器件仿真物理3-7TecplotSV3.4 器件仿真物理Si GaAs 器件，数值模拟的精度很高，模拟结果 Sentaurus-Devic-3.4.1 基本3.4.1 基本方Sentaurus-Device 对半导体器件的模拟是通过求解泊松方程，连续性方程以（1）AlxGa1-xN的自发极化可以表示为x前两项为通常的GaNAlN极化强度的线性组合，第三项是二

37、次方形式的AlxGa1-xN的自发极化可以表示为x前两项为通常的GaNAlN极化强度的线性组合，第三项是二次方形式的调整。更高的次方项可以忽略，因为它们的影响小于 103.4.3 迁移率模GaN 材料的迁移率一直受制于材料的生长工艺，GaN 90 MOCVDGaNMBE Schwierzt96工艺得到的GaNCaughey-Thomas立了GaNCaughey-ThomasSentaurus-Device 中的迁移率模型包括受晶格散射、电离散射等机制影响的型，Sentaurus-DeviceMathiessen（1）University of Bologna（1）University of B

38、olognaSentaurus DeviceUniversity of Bologna体迁移率模型(The University Bologna bulk mobility Universityof Bologna3-1UniversityofBologna（2）University of BolognaUniversity of Bologna体迁移率模型303-1UniversityofBologna（2）University of BolognaUniversity of Bologna体迁移率模型30University of Bologna表面迁移率模型。它主要包括库仑散射、表面声子

39、散射和 ca3.4.4 复合模SentaurusDevice3.4.4 复合模SentaurusDevice复合模型，CDL SRH （1）SRHHall Shockley Read 1952 的SRH4章 场致隧穿增强型HEMTAIGaN/GaN HEMT4.1 器件结构4章 场致隧穿增强型HEMTAIGaN/GaN HEMT4.1 器件结构建4-14-1 1mSi3N410nm；SiO275nm23nm1m6mSentaurus WorkBench4-2 4.2 场致隧穿增强型4-2 4.2 场致隧穿增强型HEMT器件的开Vd=5V4.1 3V，4V，5V4-3(a)(b)(a)(b)(c

40、)(d)(c)(d)(e)(f)4-在Vg=0V，1V，(e)(f)4-在Vg=0V，1V，2V，3V，4V，5V3V二维电子气是影响AlGaN/GaNHEMT能严重影响着AlGaN/GaNHEMTHEMTA1GaN/GaNHFET4.2 Al 组分对于2DEG 和器件直流特性的影HEMT4.2 Al 组分对于2DEG 和器件直流特性的影HEMT器件模型中可以看出，A1xGa1-xN/GaNA1xGa1-xN Al x 因此它影响着A1xGa1-异质结构中二维电子气的性质， 进而影响AlGaN/GaNHEMTA1A1GaN/GaNHFETAl0.1,0.2,0.3 0.4A1GaN/GaN H

41、EMT Al2DEG 4-4 Al2DEGA1xGa1-xNAl组分的增加，二维电子气的浓度增大，且峰值更加接近异质界面。这是因为，首先，由于 AlN 和 GaN 的自发极化强度分别为-0.081和-0.029C/m2A1xGa1-xN的自发极化强度为二者的线Al A1xGa1-xN AlA1xGa1-xNGaN其次，由于A1N 的禁带宽6.2eVGaN 的禁带宽度3.4eV 大得多，Al 组分增加使得 A1xGa1-xN/GaN 异质界面处导带不连续性增大，势阱变深。当 A1 组分从 0.2 增加到 0.4 时，导带不连续性增加，大大增加了势阱的深度，同时随 AlAl Al A1GaN/Ga

42、N HEMTAl Al A1GaN/GaN HEMTAl 4-5 Al4-6Al4-5是在Vd=2VA1GaN/GaNHEMT器件的转移特性曲线，Al A1GaN/GaN HEMT 器件的阈值电压有较A1 组分的增大，A1GaN/GaN HEMT 器件的阈值电Al组分的增大，A1GaN/GaN异质结Al4-6A1GaN/GaN Al A1GaN/GaN HEMT Al 组分的增大，由于二维电子气的Al4-6A1GaN/GaN Al A1GaN/GaN HEMT Al 组分的增大，由于二维电子气的Al 进一步增大异质结的导带偏移，增强载流子的二维局域。然而，A1 Al 2DEGAl组分比也会增加

43、异质结生长的难度，Al 组分比的势垒层上制作欧姆接触的难Al 2DEG 浓度的理想的方法。因此，Al组分也不应取的很高，Al 0.44.2 AlGaN 势垒层厚度对于器件特性的影随着 AlGaN 层的生长，表面电势能逐渐增加，由于费米能级位于 A1GaN 导 2DEG。2DEG2DHGA1GaN A1GaN势垒层的厚度对于A1GaN/GaNHEMTAlGaNA1GaN2DEGA1GaN/GaN HEMT 4-7 4-7 Al 0.25 4-7 4-7 Al 0.25 A1GaN 10，3040nm 时的异质结能带结构。当势垒层宽度很小时，表面层的电场强度很大，AlGaN A1xGa1-xN/G

44、aN HEMT 2DEG Ns A1xGa1-xN x d AlGaAs/GaAs A1xGa1-xN/GaN 异质结中，A1xGa1-Al 和势垒层厚度dxA1xGa1-xNdcrit以及极化诱生的Ns 4-9A1GaN上4-9A1GaN上图为仿真得出的A1 组分为0.25 AlGaN 势垒层厚度分别为10nm20nmA1GaN/GaN HEMT 器件势垒层能带影响的与栅偏压就可以选用薄的势垒层来提高 栅压的调控力度增大。于是HEMT来的第三代半导体材料。与目前绝大多数的半导体材料相比，GaN 以其优越的 件的研究是目前微电子研究领域的前沿。本场致隧穿增强型来的第三代半导体材料。与目前绝大多

45、数的半导体材料相比，GaN 以其优越的 件的研究是目前微电子研究领域的前沿。本场致隧穿增强型A1GaN/GaNHEMT器件的TCAD本 首先深入研究了 GaN A1GaN/GaN HEMT 器件工AxGa1-xN/GaN异质结构中极化行为和二维电子气，并以此 在凹槽栅电极上施加电势（电场）AlGaN到电子从源极金属到 2DEG AlGaN/GaNHMET Synopsys公司的新一代的Sentaurus系列的TCAD GaNSentaurusDevice工具结合修正后的模型分析了 A1 组分、A1GaN 势垒层厚度等器件参数对于AlGaN/GaNHEMT（1）Sentaurus GaN （2）

46、A1GaN/GaNHEMT器件中不同AlAl A1GaN Al AlAl组分过大，势垒层过厚会引起势垒层的应变弛豫，而应变弛豫的发A1GaN/GaN HEMT 器件模拟中所使用的某些模型及参数不是非常的HEMT 器件，本文只进行了其中几个参数的研ererElectronicnnualConferenceonererElectronicnnualConferenceon grownbyplasmaassistedN/GaNtwo-alelectrongastaxyJApplPhys2001，90：5196-P G Neudeck et a1 High Temperature Electronic

47、s ，a role for Wide Bandgap SemiconductorsProceedings Of The IEEE2002，90(6)：158M AKhan，ABhattarai，J N Kuznia，et a1HighElectron Mobility Transistor Based on GxGa1-xNHeterojunctionApplPhysLett1993：1214-M AKhanJ N Kuznia,D T Olsen,et a1Microwave performance of a 0.25m gate AlGaN/ GaN heterostructure fie

48、ld effect transistorAppl Phys Lett199465：1121-1123JMitaHOkita,KKaifu，eta161stDeviceResearchConfConfDigest2003：A-8Q Chen，J .HightransconductanceAlGaN/GaNheterostructurefieldeffect V Kumar,W Lu and R SchwindtAlGaN/GaN HEMTs on SiC with ft Over 120GHzIEEE Electron Device Lett2002，23(8)：455 424- 张小玲，吕长治

49、等.220mS/mm的AlGaN/GaNHEMT。固体电子学研究与进展， 王冲，全思，张金凤等.AlGaN/GaNHEMT 模拟与实验研究.（3：196-14 Maruska H P Tiejen J JPreparation and properties of vapor-GaNApplPhysLett,1969，15(10)：327-ited single-15 Marchand H，Wu X H，Ibbetson J P,et a1.Microstructure of GaN laterally n overgrown anicchemicalvaporition.ApplPhysLet

50、t，1998，73(6)：747- man E SThe polarity of GaN：a critical reviewMRS Inernet Jounal of Nitride Semiconductor Research,1998，3(11)：1-11F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides, Physical Review B, vol. 56, pp. 10024-10027, 1997

51、.H. Morkoc, R. man E SThe polarity of GaN：a critical reviewMRS Inernet Jounal of Nitride Semiconductor Research,1998，3(11)：1-11F. Bernardini, V. Fiorentini, and D. Vanderbilt, Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides, Physical Review B, vol. 56, pp. 10024-10027, 1997.H.

52、 Morkoc, R. Cingolani, and B. Gil, Polarization effects in nitride semiconductors tructures,MaterialsResearchInnovations,vol.3,pp.97-106,ofelectronsinA1GaN/GaNheterostructurefieldeffecttransistorsApplPhysF Stengel.et a1.Theoretical investigation of electrical characteristics of AlGaN/GaN modulation

53、doped field-effect transistors.J Appl Phys.1996,80(5)：3031SynopsysIncSentaurusDeviceuserSynopsysIncSentaurusWorkbenchuser27 G.Wachutka.An Extended Thermodynamic for the Simultaneous Simulation of Thermal and Electrical Behaviour of Semiconductor .Proceedings of the ernational Conference on the ysis

54、of Semiconductor 28 K.Blotekjaer.Transport Equations for Electrons in Two-Valley SemiconductorsionsonElectron electrongasesinducedbyheerostrctres.J.ApplPhys2000，30 S.Reggiani ，et a1 Electron and Hole Mobility in Silicon at Large 490-ionsonElectron本和。本和。ow dose he RESURF region. By using an in situ o

55、w dose he RESURF region. By using an in situ layer for the RESURF region and etching back to form the channel region, this structure avoids any RESURF implant and keeps high RESURF region mobility. pr reports on the experimental demonstration of novel layer MOSFETs on sapphire substrate for time. The design, fabrication important s steps and detailed characterization are pres