AlGaN-GaN HEMT的模擬及研究.pdf

1、本文完成了具有AIN插層的AlGaN/GaN HEMT器件的結(jié)構(gòu)級(jí)及器件物理特性級(jí)可制造性設(shè)計(jì)。該器件AIN插層厚度為5(A);AlGaN勢(shì)壘層厚度為22.5nm;柵長(zhǎng)為60um。在器件相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的支撐下,筆者提出了該款器件的可制造性設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)得到了該器件的直流特性和C-V特性曲線,預(yù)測(cè)了器件的高頻特性,并深入地分析了各重要參數(shù)對(duì)器件特性的影響。作者基于模擬結(jié)果建設(shè)性地修改了設(shè)計(jì)中使用的模型參數(shù),討論了多個(gè)參數(shù)對(duì)器件特

2、性的影響,從而優(yōu)化出最佳可制造性設(shè)計(jì)方案。
　　 本文首先概括了AlGaN/GaN HEMT器件的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,提出了本課題的研究意義及應(yīng)用價(jià)值。其次,介紹了AlGaN/GaN HEMT工作原理,主要包括AlGaN/GaN的材料特性、異質(zhì)結(jié)特性及其極化效應(yīng);再次,根據(jù)器件結(jié)構(gòu)指標(biāo),提出了本課題的結(jié)構(gòu)模擬方案,探討了網(wǎng)格設(shè)計(jì)規(guī)則,并對(duì)2DEG區(qū)域及熱電子區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行了細(xì)化;詳細(xì)地論述了本課題所選擇的物理模型,包括SRH復(fù)合模型

3、、流體動(dòng)力學(xué)模型、高場(chǎng)遷移率模型、能帶結(jié)構(gòu)模型等,并對(duì)部分模型參數(shù)進(jìn)行了修正;本文著重討論了極化效應(yīng)模型的建立,給出了具體計(jì)算公式。最后,基于所用模型提出了器件的物理特性模擬方案,并據(jù)此方案得到了器件的高頻特性,預(yù)測(cè)了器件的最大跨導(dǎo)、最高截止頻率以及最高振蕩頻率,并深入探討了各參數(shù)(包括Al組分、AlN插層厚度、AlGaN勢(shì)壘層厚度、應(yīng)變弛豫度、器件柵長(zhǎng)等)對(duì)器件特性的影響。
　　 本課題采用將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)相擬合的方法

4、對(duì)仿真模型進(jìn)行篩選、修正,得到該器件的模擬方案。該方案使用Sentaurus Structure Editor完成器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì),用Sentaurus Device實(shí)現(xiàn)器件的物理特性仿真,最終在Sentaurus WorkBench集成化平臺(tái)上完成各參數(shù)對(duì)器件特性影響的試驗(yàn)分析。
　　 本文的核心工作是建立了含AlN插層的AlGaN/GaN HEMT器件的極化效應(yīng)模型。論文通過(guò)定義由極化效應(yīng)產(chǎn)生的極化電荷來(lái)模擬極化效應(yīng)帶來(lái)的影響

5、,分別定義了AlGaN/AlN界面電荷、AlN/GaN界面電荷以及AlGaN的表面電荷,并調(diào)整AlGaN/AlN界面的應(yīng)變弛豫度,使模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值擬合。
　　 本文的主要貢獻(xiàn)有:實(shí)現(xiàn)含有AlN插層的AlGaN/GaN HEMT器件的結(jié)構(gòu)級(jí)及器件物理特性級(jí)可制造性設(shè)計(jì),國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。建立了極化模型,本文從極化電荷的方面描述了極化效應(yīng)帶來(lái)的影響。
　　 筆者所提出的AlGaN/GaN HEMT的可制造性設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn),解