GaN基HEMT器件集成與輸出特性研究.pdf

1、AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料體系是發(fā)展GaN基高溫、高頻、大功率微波電子器件最基本也是最重要的結(jié)構(gòu)材料，深受?chē)?guó)際上的關(guān)注。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料體系具有很大的帶階差，很強(qiáng)的極化效應(yīng)，即使不用任何摻雜，僅通過(guò)極化應(yīng)力就可以在AIGaN/GaN異質(zhì)界面的量子阱中產(chǎn)生高達(dá)1013/cm2的二維電子氣(2DEG)密度。本論文通過(guò)采用微懸臂梁結(jié)構(gòu)將宏觀作用力引入AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(high electron mobil

2、ity transistor，HEMT)的溝道層，可以對(duì)2DEG的濃度進(jìn)行調(diào)制，以此為基礎(chǔ)制作力-電耦合的傳感器件，并且對(duì)對(duì)AlGaN/GaN-HEMT器件的輸出特性開(kāi)展研究工作，從而有以下結(jié)果：
　　1.采用MOCVD工藝在3英寸的Si(111)襯底上制備出無(wú)裂縫的六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)GaN薄膜，對(duì)薄膜進(jìn)行X-射線衍射圖譜和拉曼光譜分析，確定GaN薄膜主要晶面為(0002)面，且Si材料中殘余應(yīng)力為530MPa，GaN薄膜中殘余應(yīng)力為

3、250MPa；原子力顯微鏡觀測(cè)到薄膜表面光滑，在2μm×2μm的范圍內(nèi)，粗糙度小于0.72nm。
　　2.根據(jù) X射線雙晶衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果，計(jì)算得到 GaN薄膜中純螺型位錯(cuò)密度為7×108cm-2，純?nèi)行臀诲e(cuò)密度2.9×109cm-2，混合位錯(cuò)密度為3.6×109cm-2，外延晶體質(zhì)量接近在藍(lán)寶石等六方匹配襯底上制備的水平；以Si為襯底制備的GaN薄膜力敏特性變化明顯，測(cè)試結(jié)果達(dá)到93.5MPa/μm，線性度為0.16。
　

4、　3.設(shè)計(jì)了GaN/AlGaN-HEMT器件與微懸臂梁-質(zhì)量塊集成的微結(jié)構(gòu)，對(duì)加工過(guò)程中的關(guān)鍵工藝進(jìn)行了研究，使用控制孔工藝較精確的控制了質(zhì)量塊和懸臂梁厚度；基于相關(guān)工藝實(shí)驗(yàn)，完成了GaN/AlGaN-HEMT器件與微結(jié)構(gòu)的試制，并且對(duì)加工出的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行了拉曼應(yīng)力測(cè)試表征，結(jié)果顯示在懸臂梁根部的HEMT器件受到的應(yīng)力最大，符合設(shè)計(jì)思路和仿真結(jié)果。
　　4. GaN/AlGaN-HEMT器件的輸出特性測(cè)試結(jié)果顯示：HEMT器件在高低

5、溫測(cè)試中得到最大飽和電流的溫度系數(shù)大約為0.058 mA/K；溫度與器件輸出飽和電流遵循I∝T-1(200K　　5.建立了GaN/AlGaN-HEMT器件的輸出特性模型，計(jì)算得到溫度影響因子I T0.0545 mA/℃