雙軸應(yīng)變下AlGaN-GaN二維電子氣遷移率的計(jì)算.pdf

1、隨著在各種軍事和商用無(wú)線通信中對(duì)高功率高效率的微波晶體管放大器和轉(zhuǎn)換器件需求的日益增長(zhǎng)，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管（HEMT）由于其特殊的材料性質(zhì)：高擊穿電場(chǎng)、高電子飽和速率和高工作溫度已經(jīng)成為現(xiàn)在的研究熱點(diǎn)。AlGaN/GaN界面處的二維電子氣（2DEG）遷移率是描述HEMT特性的一個(gè)重要傳輸參數(shù)。更重要的是，作為提高電荷輸運(yùn)特性的一種新方法，應(yīng)變工程在現(xiàn)代器件技術(shù)中起著重要的作用。因此，研究應(yīng)變對(duì)2DEG遷移率的影響對(duì)提高

2、HEMT的性能具有重要的意義，本文以雙軸應(yīng)變下AlGaN/GaN中2DEG的遷移率的理論計(jì)算為核心展開(kāi)研究，主要工作如下：
　　首先利用第一性原理計(jì)算了雙軸應(yīng)變下GaN的相關(guān)物理參數(shù)，并詳細(xì)討論了這些物理參數(shù)對(duì)單獨(dú)散射機(jī)制遷移率和總遷移率的影響，結(jié)果表明：
　?。?）極化光學(xué)聲子能量是室溫下影響2DEG遷移率最重要的物理參數(shù)，2DEG遷移率隨著聲子能量的增大單調(diào)增大，在其它參數(shù)保持不變的情況下，遷移率的變化率是聲子能量變化率

3、的3倍。
　?。?）高頻介電常數(shù)與雙軸應(yīng)變的關(guān)系近似一個(gè)拋物線，隨著高頻介電常數(shù)的增大遷移率逐漸增大；低頻介電常數(shù)與應(yīng)變的關(guān)系是線性的，在300K時(shí)隨著低頻介電常數(shù)的增大遷移率不斷減小，而在77K時(shí)遷移率隨低頻介電常數(shù)的增加逐漸增大。介電常數(shù)對(duì)總遷移率的影響是很小的。
　?。?）彈性常數(shù)是隨著張應(yīng)變的增大而減小，隨著壓應(yīng)變的增大而增大。在2％的應(yīng)變范圍內(nèi)，縱向彈性常數(shù)在10%左右變化，而橫向彈性常數(shù)的變化率更大達(dá)到25%左右

4、。然而，彈性常數(shù)對(duì)遷移率的貢獻(xiàn)是很小的，不到0.5%。
　　其次，本文利用已經(jīng)計(jì)算的應(yīng)變下的物理參數(shù)結(jié)合AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)電子的散射機(jī)制通過(guò)MATLAB分別計(jì)算八種散射機(jī)制單獨(dú)作用的遷移率和總遷移率并加以分析，主要結(jié)果如下：
　　（4）在溫度為300K時(shí)，低濃度下遷移率在應(yīng)變下的變化趨勢(shì)是與極化光學(xué)聲子散射一致的。然而，當(dāng)2DEG濃度超過(guò)4×1013cm-2時(shí)總遷移率在應(yīng)變下的變化趨勢(shì)與合金散射一致。在低溫77K時(shí)，

5、低濃度下應(yīng)變對(duì)遷移率幾乎沒(méi)有影響，隨著濃度的不斷增大，合金散射成為主要散射機(jī)制，最終遷移率的變化趨勢(shì)與合金散射相同。
　?。?）在濃度固定的情況下，低溫遷移率是隨著張應(yīng)變的增大而增大，隨著壓應(yīng)變的增大而減??；當(dāng)溫度升高到150K左右時(shí)，這種關(guān)系發(fā)生反轉(zhuǎn)。
　　（6）對(duì)鋯鈦酸鉛（Zr和Ti的原子比為52/48）施加2×108N/C的直流電場(chǎng)可以產(chǎn)生2%的應(yīng)變效果，通過(guò)對(duì)電場(chǎng)方向的調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)張應(yīng)變或壓應(yīng)變，這樣就可以實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)對(duì)