导读:本文包含了异质结场效应晶体管论文开题报告文献综述及选题提纲参考文献，主要关键词:有机单晶材料,p-n异质结阵列,有序化制备,双极性场效应晶体管
异质结场效应晶体管论文文献综述
茆健[1]（2018）在《有机单晶p-n异质结阵列的制备及其场效应晶体管的研究》一文中研究指出近年来,有机半导体单晶材料由于其独特的光电特性而备受关注。然而有机单晶p-n异质结中有机单晶材料无序性与随机性的生长阻碍了其在大面积集成器件中的应用。本论文中,我们针对这个问题发展了一系列基于溶液法制备阵列化有机单晶p-n异质结的策略,实现了其在高性能场效应晶体管中的应用,主要研究内容如下:一、有机p-n异质结迭层单晶微米带阵列的制备及其在双极性场效应晶体管中的应用本工作中通过表面能诱导的逐步定位结晶的方法成功制备了大面积有机p-n异质结迭层单晶微米带阵列,所用的p型材料与n型材料分别为6,13-双(叁异丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)和苝酰亚胺衍生物分子(BPE-PTCDI)。在叁维光刻负胶SU-8与十八烷基磷酸(ODPA)亲疏水修饰的辅助下,我们成功地将p型以及n型微米带的成核位点精确定位在具有高表面能的叁维光刻胶模板的边缘。同时利用了提拉的方法来为p型以及n型微米带的生长提供一致方向使它们能够紧贴着叁维光刻胶的侧壁进行生长,最终获得了大面积且生长方向高度一致的有机p-n异质结迭层单晶微米带阵列。最后基于p-n异质结微米带阵列构筑了双极性OFETs,测试得到的空穴与电子的迁移率十分的平衡,最高迁移率分别达到了0.526 cm2 V-1 s-1和0.342 cm2 V-1 s-1,这在目前基于小分子单晶材料的双极性场效应晶体管已报道的工作中是最高的。且构筑的器件性能均匀,同一基底上的40个器件的空穴与电子的平均迁移率也分别达到了0.45 cm2 V-1 s-1和0.27 cm2 V-1 s-1。为了探索该体系在有机集成电路中的应用前景,我们构筑了集成电路中的单元元件反相器。该反相器工作稳定,在第一象限以及第叁象限得到的电压增益最高值达到了17。因此通过该方法,我们可以成功制备大面积有机p-n异质结迭层单晶微米带阵列。这种方法在构筑大面积高性能的有机集成电子器件方面具有明显的优势,为未来有机集成电路的实现提供了一种全新的策略。二、有机体异质结微米带阵列的制备及其在双极性场效应晶体管中的应用本工作通过水面拖涂有机半导体与聚合物聚苯乙烯(PS)混合溶液的方法成功制备了大面积有机p-n体异质结微米带阵列,所用的p型材料与n型材料分别为6,13-双(叁异丙基硅烷基乙炔基)并五苯(TIPS-PEN)和苯并化合物(TIPSTAP)。我们还系统地研究了不同生长条件(相分离速度、水面拖涂速度以及p型n型材料混合比例)对于微米带阵列形貌以及载流子传输性能的影响。基于此有机体异质结微米带阵列我们成功构筑了双极性场效应晶体管,空穴与电子的迁移率平衡,分别为0.06 cm2 V-1 s-1以及0.01 cm2 V-1 s-1,电流开关比高达106。且器件性能表现均匀,同一基底上的40个器件中空穴与电子的平均迁移率分别达到0.035cm2 V-1 s-1和0.007 cm2 V-1 s-1。另外基于此有机体异质结微米带阵列构筑的反相器也展现出良好的器件性能,在第一象限以及第叁象限得到的电压增益最高值达到了16,这展示了有机半导体在高集成度有机电路中应用的可能性。叁、大面积有机半导体单晶薄膜的制备及其在单极性场效应晶体管中的应用本工作提出了一种饱和蒸汽辅助浅光刻负胶(SU-8)沟道诱导外延生长大面积有机半导体单晶薄膜的方法。这个方法主要是利用1,2-二氯苯(DCB)饱和蒸汽的氛围来增加C8-BTBT材料结晶的时间从而提高晶体的结晶质量,并且利用具有5°的斜坡给有机晶体的生长提供一个重力的剪切力,在浅光刻负胶沟道的诱导下使其可以沿着单一方向成核结晶,最终随着溶剂挥发可以形成大面积的2,7-二辛基[1]苯并噻吩并[3,2-b]苯并噻吩(C8-BTBT)单晶薄膜。通过此方法得到的单晶薄膜表面粗糙度低至12 nm,所能达到的最大面积为1.5 cm×1 cm,是目前报道的面积最大的有机小分子单晶薄膜。同时还系统地研究了光刻负胶沟道的深度对于生长C8-BTBT单晶薄膜形貌的影响,并且结合高倍偏光显微镜原位表征了有机单晶薄膜的生长过程,详细地揭示其生长机理。基于此大面积单晶薄膜构筑的场效应晶体管(OFETs)器件,迁移率最高达到了0.9 cm2 V-1 s-1,且同一个基底上40个器件的平均迁移率也达到0.65 cm2 V-1 s-1,电流开关(Ion/Ioff)比达到106。器件工作具有良好的稳定性,与商用的无定性硅晶体管性能相当(迁移率0.1~1 cm2 V-1 s-1),这种大面积高性能的有机场效应晶体管有望在将来的大规模有机电子集成器件领域中得到广泛的应用,为有机器件的构筑提供了一种新思路。(本文来源于《苏州大学》期刊2018-06-01）
崔鹏[2]（2018）在《AlGaN/GaN异质结场效应晶体管载流子迁移率和相关器件特性参数研究》一文中研究指出AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)作为GaN材料在电子器件应用中的重要代表,近二十多年来备受关注。一方面,AlGaN/GaNHFETs有效地发挥了 GaN材料本身所具备的大的禁带宽度、高的击穿电压、高的饱和电子漂移速度、良好的抗辐射和抗腐蚀等优异特性;另一方面,由于AlGaN/GaN异质结材料中自发极化和压电极化的存在,使得在AlGaN势垒层无需掺杂的情况下,便可在AlGaN/GaN异质结界面处产生电子面密度高达～1 × 1013 cm-2,电子迁移率高达～2000 cm-2/V·s的二维电子气(2DEG),这不仅有效的弥补了 GaN本身由于电子有效质量大而造成的电子迁移率低(～1000 cm-2/V·s)这一不足,也避免了掺杂带来的电离施主杂质散射的影响,从而为器件提供了性能优越的沟道输运层。AlGaN/GaNHFETs的这些特点,使它在高频大功率领域具有独特的优势,在军事领域中的雷达通信、电子对抗,民用通信中的5G应用、小型基站、新型通信微型卫星,电力传输,以及汽车电子中有着广阔的应用前景。因此,研究AlGaN/GaNHFETs,对于提高我国的军事力量和民用设备性能,具有重要意义。从1993年第一只AlGaN/GaNHFETs问世,经过长达25年的研究,AlGaN/GaN HFETs完成了从起初各性能适中的蓝宝石衬底,到低失配、高热导率的SiC衬底,到低成本、易集成的Si衬底的探索,在器件功率密度、频率特性、击穿特性和增强型器件制备等方面进行了多方位的研究,并取得了一系列突破性成果。目前,虽然以AlGaN/GaNHFETs为核心的产品已投入市场应用,但一些相关问题仍亟需解决:AlGaN/GaN HFETs器件物理模型亟需完备;小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件电学特性的理论研究亟需完善;作为功率放大器的核心器件,AlGaN/GaNHFETs的非线性失真问题亟需解决。极化库仑场(polarizaiton Coulomb field,PCF)散射,起源于 AlGaN/GaN 异质界面处极化电荷分布不均匀,是和AlGaN势垒层应变分布相关的一种散射机制。欧姆接触金属原子在欧姆退火工艺中的横向扩散,以及栅偏压引起的逆压电效应,都会改变AlGaN势垒层的应变,造成AlGaN/GaN异质界面处极化电荷分布不均匀,导致PCF散射产生。研究发现,PCF散射对AlGaN/GaN HFETs器件特性具有重要影响。从2007年PCF散射提出到现在,经过十多年的研究,已形成了 PCF散射完善的研究方法和理论体系。但是如何利用这一散射体系,有效地提高器件性能参数,将之应用于器件实际工作中,是当前面临的一个重要问题。本论文基于PCF散射理论,结合AlGaN/GaN HFETs当前面临的问题,以将PCF散射理论应用于实际器件参数分析和性能提升作为研究重点,利用PCF散射理论,从准确确定器件载流子迁移率、分析小尺寸器件载流子迁移率特性、利用栅长的设计和栅偏压的选择提高器件性能、提高器件线性度等方面开展具体的研究工作。具体研究包括以下内容:1.一种准确确定AlGaN/GaN HFETs载流子迁移率的方法首先,基于二维散射理论,对AlGaN/GaN HFETs中PCF散射的形成和理论模型的建立进行了详细介绍。之后,对传统方法计算载流子迁移率的局限性进行了分析。传统意义上对栅下2DEG电子迁移率的求解,是基于栅下沟道2DEG受到栅偏压的调控,而栅源通道电阻Rs和栅漏通道电阻RD不随栅偏压的改变而改变,即Rs和RD为固定值这一原则(本论文中,栅源通道电阻Rs和欧姆接触电阻RC之和为源串联电阻,栅漏通道电阻RD和欧姆接触电阻RC之和为漏串联电阻,Rs和RD均不包含欧姆接触电阻RC)。但是,随着栅偏压的改变,由于逆压电效应,栅下AlGaN势垒层具有不同的应变变化,栅下极化电荷会随之改变,导致PCF散射会随栅偏压改变。PCF散射对栅源、栅漏和栅下叁部分载流子都有散射作用。RD和RD因受PCF散射的影响,不再是定值,而会随栅偏压变化,这样一来传统方法将不再适用。为此,从PCF散射对Rs和RD的影响出发,通过测得的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)输出特性曲线和电容-电压(C-Ⅴ)曲线,基于二维散射模型,采用迭代计算的方法,提出了一种准确确定栅下2DEG电子迁移率的方法。运用这一方法,计算了漏源间距为20 μm,栅长为4 μ和16 μm的两样品的载流子迁移率。并与传统方法进行对比,发现栅长越大的器件,PCF散射对Rs和RD的影响越强,新方法和传统方法的差别越大。最后,基于得到的2DEG电子迁移率,计算得到器件的跨导,并与跨导测试值进行对比,证明了这一方法的准确性。2.小尺寸AlGaN/GaN HFETs载流子迁移率的研究采用T型栅、n+-GaN欧姆接触再生长、SiN钝化等工艺,制作了栅长为70 nm,栅源间距为300/600nm,栅宽为20/40 μm的AlGaN/GaNHFETs。依据测得的Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线和2DEG电子面密度,基于PCF散射,采用迭代计算的方法,提取出小尺寸AlGaN/GaNHFETs栅下2DEG电子迁移率和栅源/栅漏通道电阻。分析发现,栅下2DEG电子所受PCF散射在所有散射中占主导地位,其电子迁移率随栅偏压增大(栅偏压增大是指从负偏压向正偏压变化)而增大。并且,漏源间距越大或栅宽越大的器件,2DEG电子迁移率越低。这是由于漏源间距或者栅宽的增大,有效地增大了栅源和栅漏区域内的附加极化电荷数目,从而对栅下2DEG电子的PCF散射作用增强。Rs和RD随栅偏压的降低(栅偏压降低是指从正偏压向负偏压变化)而增大,并且,漏源间距小的器件或者栅宽大的器件,Rs和RD的增大更加明显。这是由于栅长不变,漏源间距减小,栅源和栅漏间距随之减小,栅下附加极化电荷对更小的栅源和栅漏沟道中的2DEG电子的PCF散射增强;栅宽增大,导致栅下附加极化电荷数目增多,对栅源和栅漏沟道电子的PCF散射作用也增强。研究表明PCF散射对小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件载流子迁移率具有重要影响,减弱PCF散射,可有效地提高小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件性能。3.不同栅长和栅偏压对AlGaN/GaNHFETs极化库仑场散射势和栅源通道电阻RS的影响研究制作了漏源间距为20 μm,栅长分别为4 μm、10 μm和16 μm的AlGaN/GaN HFETs,测试得到器件的Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线和C-Ⅴ曲线。通过选用不同的2DEG电子波函数和PCF散射势,提出了两种计算PCF散射的方法,并结合其它散射机制,计算了漏源沟道电阻值。与实验测试值进行对比发现,不同栅长和栅偏压对PCF散射势有着不同的影响。对于栅长小的器件,应选择栅源和栅漏区域的2DEG电子波函数,及栅下区域附加极化电荷进行PCF散射的计算。对于栅长大的器件,应选择栅下区域的2DEG电子波函数,及栅源和栅漏区域的附加极化电荷进行PCF散射的计算。对于栅长长度居中的器件,两种方法计算的漏源沟道电阻都和实验值有着一定的差别。这主要是由于PCF散射理论模型是基于微扰理论建立的,只有PCF散射势相比系统的哈密顿量是小量,才能保证PCF散射计算结果的准确性。此外,随着栅偏压向负偏压不断降低,PCF散射不断增强,PCF散射势能不断增强,这也会降低PCF散射理论计算的准确性。由此得知,不同栅长和栅偏压可以影响器件的PCF散射势,只有尽可能的选择小的PCF散射势所对应的系统哈密顿量,才能符合微扰理论的适用性,从而保证PCF散射理论模型计算的准确性。制作了栅源间距为3μm,栅漏间距为6μm,栅长分别为3μm、6μm和10μm的AlGaN/GaN HFETs,采用栅探针法测试了器件的栅源通道电阻Rs。分析发现:不同栅偏压或栅长下,相同栅源间距的器件Rs呈现不同的电阻值;随栅偏压的增大,3 μm栅长的器件Rs单调下降,6 μm栅长的器件Rs先下降后上升,10μm栅长的器件Rs单调上升。这种Rs的变化被认为是PCF散射造成的。栅下正的附加极化电荷和欧姆区域负的附加极化电荷,在PCF散射势中存在着抵消作用,栅偏压或者栅长的增大会增加栅下正的附加极化电荷数目,改变PCF散射,从而影响Rs。这一结果通过实验计算得到了很好的验证,并使得改变器件栅长或者选择合适的栅偏压,有效改善Rs进而提高器件线性度成为可能。4.极化库仑场散射对AlGaN/GaN HFETs器件线性度的影响研究制作了栅长为100 nm,漏源间距为2 μm和4 μm的AlGaN/GaN HFETs器件,选取漏源偏压VDS = 10V(a-g)和漏源偏压改变(A-G)的两种不同类型的静态工作点,基于两种不同静态工作点下的小信号测试,得到了器件的功率增益。对比发现A-G比a-g的功率增益变化更加平缓,即A-G具有更好的器件线性度变化,并且这种线性度的提高在小的漏源间距器件下更加明显。研究表明栅偏压的增大或者漏源偏压的减小,都可以减弱PCF散射,而PCF散射的减弱,可有效地补偿随栅偏压增大而增强的POP散射,从而减小Rs的变化程度,减缓器件跨导、截止频率和功率增益随栅偏压的下降趋势,进而提高器件线性度。制作了栅长为1 μm,漏源间距为6 μm,栅宽分别为546 μm和780 μm的AlGaN/GaNHFETs,并进行了器件输入输出匹配下的功率测试。发现栅宽越大的器件,其功率增益变化越平缓,线性输出特性越好。对栅源沟道中电子温度进行求解,发现两样品栅源沟道电子温度几乎相同,POP散射所决定的Rs部分几乎一致,其随栅偏压的增大而增强;而两样品栅宽不同,栅下附加极化电荷数目不同,所以PCF散射强度不同,栅宽大的器件具有更多的附加极化电荷,因而具有更强的PCF散射。PCF散射决定的Rs部分随栅偏压的增大(栅偏压增大指从负偏压向正偏压变化)而降低,而POP散射决定的Rs部分随栅偏压的增大而增大,这样,PCF散射增强可以使Rs随栅偏压的变化(从负偏压向正偏压变化)减小。最后,对计算得到的Rs进行对比,发现栅宽大的器件Rs呈现更平缓的变化。在实验测试和理论计算上证明了增大器件栅宽,可以提高器件PCF散射,从而提高器件线性度。制作了栅源和栅漏间距都为1 μ,栅长分别为0.5 μm、0.35 μ和0.25 μm的AlGaN/GaN HFETs。通过跨导测试分析,发现栅长越大的器件,其跨导变化更加平缓。输入输出匹配下的功率测试表明,栅长越大的器件,其1-dB压缩点对应的输入功率(PIN-1dB)越高,即器件线性度越好。理论计算了器件各散射机制对应的Rs和总的Rs,发现栅长大的器件,其栅下附加极化电荷多,PCF散射强。同样,PCF散射增强可以使Rs随栅偏压的变化减小(与增大栅宽的情况相同),从而增大器件栅长可有效地提高器件的线性度。基于不同漏源间距、不同栅宽和不同栅长的器件实验证明和理论分析,结合PCF散射,提出了一种提高AlGaN/GaNHFETs器件线性度的方法,即通过采用薄的势垒层、挖栅槽工艺、高A1组分AlGaN势垒层、增大栅长/栅源间距比、增大栅宽、采用背势垒结构等工艺手段,可有效增强PCF散射,抵消POP散射,减弱Rs随栅偏压的变化,从而提高器件线性度。这一方法具有简单、直接、可操作性强和集成度高等优点,可实现在器件层级对GaN功率放大器线性度性能的提高,具有十分重要的应用价值。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-27）
郝笑寒[3]（2018）在《AlGaN/GaN/AlGaN/GaN双异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制研究》一文中研究指出AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/GaNHFETS)具有饱和电子漂移速度高、击穿电场强、输出功率高等优点,而且由于自发极化和压电极化效应的存在,即使在没有任何掺杂的情况下,在异质界面处也会产生面密度为1013cm-2的二维电子气(2DEG)。因此,AlGaN/GaNHFETs在航空航天、国防、电力和通讯等领域具有极其重要的地位。近二十多年来,由于器件制备工艺的逐渐完善和材料质量的逐渐提高,AlGaN/GaNHFETs的特性得到了显着提高。但是,随着移动通信、国防电子通讯、人工智能等领域的快速发展,常规AlGaN/GaN HFETs逐渐出现了许多弊端,比如阈值电压漂移、缓冲层漏电、电流崩塌效应和软关断等现象。近年来,为了解决这些问题,人们考虑将背势垒层插入到GaN沟道层与缓冲层之间,从而2DEG可以被很好地限制在沟道中,以提高载流子的限域性。相应地,器件的击穿电压会得到显着提高,关态漏电流大幅度减小,电流崩塌效应也会减弱,器件的可靠性得到显着增强。尤其是随着器件的栅长不断减小,在高温高压大功率的工作条件下,GaN基双异质结场效应晶体管(DHFETs)的优势将更加明显,AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs的应用就是其中之一。大量实验研究发现,由于自发极化和压电极化效应的存在,AlGaN/GaN HFETs中还存在着一种非常重要的散射——极化库仑场散射(PCF散射)。但是,并没有对含有背势垒层的AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs中的PCF散射机制进行过研究。因此,在对AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs的研究中将PCF散射考虑在内是极其重要的,而对此至今尚未有人做过系统研究。本论文将通过对常规AlGaN/GaNHFETs与AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 器件以及不同尺寸 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的2DEG电子迁移率、栅源通道电阻RchS和跨导gm等器件特性进行对比,重点研究AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs中的PCF散射机制。具体包括以下内容:本论文制备了源漏间距LSD为100μm,栅长LG分别为80μm、60μm、40μm、20μm 的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 与源漏间距 LSD为 20μm,栅长 LG 为 16μm、18μm、4μm 的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs的方形中央栅器件,对其特性进行对比研究。1、极化库仑场散射对AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs载流子迁移率的影响研究我们分别对源漏间距LSD为100μm,栅长LG为80μm、60μm、40μm、20μm的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 与源漏间距 LSD 为20μm,栅长 LG为16μm、12μm、8μm、4μm 的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs的方形中央栅器件进行了电容-电压(C-V)测试和输出特性曲线测试。通过PCF散射理论,分别拟合计算各器件的载流子迁移率。对于大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 器件,我们发现随栅源偏压VGS从负偏压向0V趋近的过程中,受POP散射影响的载流子迁移率相对更靠近所有散射机制共同影响的载流子迁移率,所占比重远大于其他散射机制。随着栅长iGG的减小,只有PCF散射变化较为明显。当栅长LGG较大时,POP散射影响较大,主导的载流子迁移率与所有散射机制共同影响的载流子迁移率基本保持一致。当栅长LG较小时,PCF散射增强。对比大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 与 AlGaN/GaN HFETs 器件,对于同一尺寸器件,随栅源偏压VGS的增大,AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的载流子迁移率下降得更缓。而且随着栅长LGG的逐渐减小,AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的载流子迁移率随栅源偏压VGS的增大逐渐呈现上升的趋势。由于随着栅长LG的变化,只有PCF散射变化较为明显,且PCF散射对应的载流子迁移率随栅源偏压VGS的增大而逐渐升高。因此由以上实验现象我们得出结论:AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件中的极化库仑场散射更强。为了进一步验证这一结论,我们给出了不同尺寸器件的各种散射机制对应载流子迁移率的拟合结果。我们发现,对于相同尺寸的AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 与 AlGaN/GaN HFETs 器件,AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 器件中极化库仑场散射对应的载流子迁移率都更靠近所有散射机制共同影响的载流子迁移率,因此AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs器件中的极化库仑场散射更强。对于这一现象的原因,我们给出了如下解释。由于自发极化和压电极化效应的存在,AlGaN/GaN异质界面处会形成叁角形势阱,但对于AlGaN/GaN单异质结来说,GaN侧的势垒较低,这就导致势阱中的2DEG容易溢出势阱而进入GaN缓冲层。如果将AlGaN背势垒层插入到在GaN侧,在沟道另一侧将会形成一个高的势垒,从而阻挡了 2DEG的向缓冲层的泄漏,提高了 2DEG限域性。这样,2DEG会更加靠近异质界面。由于在异质界面处分布着极化电荷,这样2DEG在垂直沟道方向(z方向)就会距离极化电荷更近,从而对2DEG电子作用力更强。对于极化库仑场散射来说,附加散射势V(x,y,z)中的z更小,导致PCF散射势更大,PCF散射相对影响更强。因此,AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs器件中的极化库仑场散射更强。对比源漏间距LSD不同,栅长与源漏间距之比LG/LSD相同的AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs,小尺寸器件中PCF散射对应的载流子迁移率都更低更靠近总载流子迁移率,因此小尺寸器件中的PCF散射更强。这表明,沟道相对较短时,PCF散射距离也就较短,因此散射作用将较强。2、极化库仑场散射对AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs栅源通道电阻特性的影响研究我们分别对源漏间距LSD为100μm,栅长LG为80μm、60μm、40μm、20μm的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 与源漏间距 LSD 为20μm,栅长 LG为 16μm、12μm、8μm、4μm 的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs的方形中央栅器件进行了肖特基二极管Ⅰ-V曲线测试和栅源通道电阻RchS测试。根据测试结果,分别计算得到各器件的栅源通道电阻RSh。对于大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 器件,我们发现对于LG=40μm、60μm、80μm的器件,栅源通道电阻RchS随VGS增大逐渐增大。对于LG=20μm的器件,栅源通道电阻RchS随VGS的增大均基本保持不变。对比大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 与 AlGaN/GaN HFETs 器件,我们发现AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的栅源通道电阻RchS值大于AlGaN/GaN HFETs器件的RchS值,我们认为这是由于相对于AlGaN/GaN HFETs器件,在AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件中,2DEG更靠近异质界面处的附加极化电荷,这样2DEG在垂直沟道方向(z方向)就会距离极化电荷更近,即PCF散射势V(x,y z)中的z更小,导致PCF散射势更大,PCF散射相对影响更强,导致其栅源通道电阻RSh值相对较大。而且,随栅源偏压VGS的增大,AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的栅源通道电阻RcbS的增长率大于AlGaN/GaNHFETs器件的栅源通道电阻RchS的增长率,且随着LG的增大,增长趋势更加明显。这是由于相对于AlGaN/GaN HFETs器件,在AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs器件中,PCF散射相对影响更强,导致栅源通道电阻RchS受到更强的PCF散射的影响,而PCF散射受VGS影响较大,导致其栅源通道电阻RchS的增长率随VGS增长更大且增长趋势随着LG的增大更明显。对比源漏间距LSD不同,栅长与源漏间距之比LG/LSD相同的AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs,我们发现随栅偏压VGS的增大,小尺寸器件的栅源通道电阻RSh的增长率大于大尺寸器件的栅源通道电阻RSh的增长率,且增长趋势更明显。我们认为这是由于在小尺寸器件中,PCF散射相对影响更强,导致其栅源通道电阻RSh受PCF散射影响相对较大,而极化库仑场散射受栅源偏压VGS影响较大,导致其栅源通道电阻RSh的增长率随栅偏压VGS增长更大,增长趋势更明显。3、极化库仑场散射对AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs跨导特性的影响研究我们分别对源漏间距LSD为100μm,栅长LG为80μm、60μm、40μm、20μm的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 与源漏间距 LSD 为20μm,栅长 LG为 16μm、12μm、8μm、4μm 的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs的方形中央栅器件进行了转移特性曲线测试。根据测试结果,分别计算得到各器件的跨导曲线。对于大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 和 AlGaN/GaN HFETs 器件,我们发现随栅源偏压VGS的增大,不同尺寸器件的跨导逐渐上升至峰值并未出现下降。对比大尺寸的 AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs 与 AlGaN/GaN HFETs 器件,我们发现AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs器件的gm峰值小于AlGaN/GaN HFETs器件的gm峰值。我们认为这是由于相对于AlGaN/GaN HFETs器件,在AlGaN/GaN/AlGaN/GaNDHFETs器件中,2DEG更靠近附加极化电荷,即极化库仑场散射势V(x,y,z)中的z更小,导致PCF散射势更大,PCF散射相对影响更强,导致其栅源通道电阻RchS值相对较大,可得gm值更小。对比源漏间距iSD不同,栅长与源漏间距之比LG/LSD相同的AlGaN/GaN/AlGaN/GaN DHFETs,大尺寸器件跨导上升至峰值之后未出现下降,而小尺寸器件的跨导上升至峰值之后出现下降,我们认为这是由于随栅源偏压VGS增大,PCF散射减弱导致栅源通道电阻RchS减小的部分无法抵消POP散射增强导致栅源通道电阻RchS增大的部分所致。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-27）
孟丽平[4]（2018）在《极化库仑场散射对凹栅槽AlGaN/GaN异质结场效应晶体管器件特性影响研究》一文中研究指出AlGaN/GaNs异质结场效应晶体管(HFET)具有高饱和电子漂移速度、高跨导、高击穿电压等优良特性。不仅如此,由于GaN材料的自发极化和压电极化效应,在没有掺杂的条件下,AlGaN/GaN异质结界面就存在浓度高达1 X 1013 cm~(-2)的二维电子气(n_(2D))。同时也正是由于异质结界面存在高面密度的二维电子气(2DEG),常规AlGaN/GaN HFETs为耗尽型,耗尽型器件的驱动电路复杂,节能性和可靠性较差,严重限制了其应用和发展。因此制备增强型AlGaN/GaN HFETs成为GaN HFET器件研究领域中的热点。凹槽栅技术和MOS结构结合是制备增强型AlGaN/GaN HFETs器件一种有效的方式。由于自发极化和压电极化效应,AlGaN/GaN异质结材料界面存在均匀分布的极化电荷,器件制备的过程中,为形成欧姆接触,对器件进行快速热退火处理,金属原子横向扩散进入AlGaN势垒层,引起势垒层应变。器件工作中需要在栅极施加偏压,栅偏压会引起逆压电效应,也会改变AlGaN势垒层的应变,造成AlGaN势垒层极化电荷分布不均匀,这两种过程都会导致极化库仑场(polarizaiton Coulomb field,PCF)散射。从提出至今,PCF散射已经建立起完善的研究方法和理论体系,且研究表明PCF散射对AlGaN/GaN HFETs器件2DEG迁移率(μ_n)、栅源通道电阻(R_(ch)~s)等参数有至关重要的影响,但PCF散射在凹槽栅AlGaN/GaN HFETs器件中的作用并未被探究。本论文分别以有无栅槽、栅长和源漏间距为唯一变量制备AlGaN/GaN HFETs,对比探究PCF散射对凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件2DEG电子迁移率(μ_n)、栅源通道电阻(R_(ch)~s)、非本征跨导(g_m)的影响。论文还制备了不同尺寸的凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs,通过对比分析了 PCF散射作用下的2DEG电子迁移率(μ_n)、栅源通道电阻(R_(ch)~s)的作用。论文具体包括以下内容:首先通过对工艺的探索,制备凹槽栅AlGaN/GaN HFETs器件。凹槽栅器件栅槽的制备采用低功率感应耦合等离子体刻蚀(ICP)技术,刻蚀之后在150℃低温条件下,利用原子层淀积(ALD)工艺淀积Al_2O_3介质层,并进行快速热退火处理提高介质层和栅槽接触质量。1.极化库仑场散射对凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件2DEG电子迁移率的影响利用PCF散射理论模型拟合得到常规AlGaN/GaN HFETs器件和凹栅槽(栅槽深度为9 nm)耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件栅下总2DEG电子迁移率和各个散射机制对应的迁移率。通过对比研究发现,对于常规AlGaN/GaN HFETs,当栅长(L_G)与源漏间距(L_(SD))比值小于0.5,PCF散射对2DEG电子迁移率的影响在各种散射机制中占据主导地位。随着栅偏压(V_(GS))由负向零增加,栅下AlGaN势垒层受到压应变逐渐减小,栅源、栅漏区域不断减少的正附加极化电荷σ2对于栅下2DEG作用减弱,PCF散射减弱,2DEG电子迁移率随着V_(GS)由负向零增大而增大。且由于随着V_(GS)增大,PCF散射作用减弱,导致栅下2DEG迁移率增长速度逐渐降低。对于L_G/L_(SD)大于0.5的AlGaN/GaNHFETs,栅源、栅漏区域正附加极化电荷02对栅下载流子的散射作用较弱,PCF散射在各种散射机制中不占有主导地位,栅下载流子迁移率趋势由POP散射主导,随着V_(GS)增大呈现下降的趋势。对于凹栅槽耗尽型AlGaN/GaN HFETs,ICP刻蚀和介质层的淀积在栅下区域势垒层界面引入了正极化电荷和正界面电荷,对于PCF散射,这相当于在栅源、栅漏区域产生了负附加电荷σ2。V_(GS)为负时,由于逆压电效应,栅下正极化电荷减少,栅下总的正电荷量(正极化电荷加正界面电荷)与栅源和栅漏AlGaN/GaN异质界面正极化电荷量差值变小,PCF散射相对于零栅偏压时减弱。即随着V_(GS)由负到零增加,栅源、栅漏区域负附加电荷增多,PCF散射增强,其对应的2DEG电子迁移率减小。且随着V_(GS)由负向零靠近,栅下总的2DEG受到PCF散射的作用增强。不同尺寸的凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs,栅长越大,PCF散射越弱,其对应的栅下2DEG迁移率越大。对比常规AlGaN/GaN HFETs器件和凹槽栅AlGaN/GaN HFETs器件。L_G/L_(SD)小于0.5且V_(GS)为绝对值较大负栅偏压时,常规AlGaN/GaN HFETs器件中PCF散射作用强,导致常规器件栅下载流子迁移率较低,随着V_(GS)由负向零增加PCF散射减弱,2DEG电子迁移率增大。而对于凹槽栅结构耗尽型AlGaN/GaN HFETs,V_(GS)为绝对值较大负偏压时,其PCF散射较弱,导致凹栅槽耗尽型器件栅下2DEG迁移率较高,随着V_(GS)由负向零增加PCF散射增强,在其作用下,2DEG电子迁移率减小。当L_G/SLD比值大于0.5时,PCF散射在两个器件中的作用均较弱,栅下载流子迁移率变化趋势由POP散射主导,由于凹槽栅结构耗尽型器件中2DEG面密度较高,POP散射较强,其载流子迁移率低于常规器件。2.极化库仑场散射对凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件栅源通道电阻(R_(ch)~s)和非本征跨导(g_m)的影响(1)极化库仑场散射对凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件栅源通道电阻(R_(ch)~s)的影响制备常规AlGaN/GaN HFETs和凹槽栅(栅槽深度为9 nm)耗尽型AlGaN/GaN HFETs进行对比探究。栅源通道电阻(R_(ch)~s)采用栅探针法和理论模型拟合得到。对于常规AlGaN/GaN HFETs,栅偏压V_(GS)为正时,栅下势垒层受到张应变增强,栅下呈现正的附加极化电荷σ3。随着V_(GS)由零正向增大,栅下正的附加极化电荷σ3增多,对欧姆接触区域附近由于金属扩散导致的不随VGa变化的负附加极化电荷σ1抵消作用增强,PCF散射对栅源、栅漏区域沟道中的载流子散射作用减弱,栅源通道电阻(R_(ch)~s)随着V_(GS)从4.5 V到5 V增加而减小。对于凹栅槽耗尽型AlGaN/GaN HFETs,ICP刻蚀和介质层的淀积在栅下区域势垒层界面引入了正极化电荷和正界面电荷,使得在未加栅极电压时,栅下产生正附加电荷σ3。而随着V_(GS)增大,栅下势垒层张应变增强,栅下正附加电荷在原有的基础上不断增加,栅下附加正电荷σ3的作用完全抵消欧姆接触区域负附加极化电荷σ1之后成为PCF散射主要来源。随着V_(GS)在4.5～5 V范围内增加PCF散射增强,栅源通道电阻(R_(ch)~s)随着V_(GS)的增大而增大。凹槽栅耗尽型AlGaN/GaNHFETs器件中栅源通道电阻(R_(ch)~s)受到的PCF散射作用大于常规器件。对于不同栅长的AlGaN/GaN HFETs,栅长越大,PCF散射对栅源通道电阻Rs的影响越明显,因而栅长越大的常规器件和凹槽栅耗尽型器件R_(ch)~s数值差别越大。(2)极化库仑场散射对凹槽栅耗尽型AlGaN/GaN HFETs器件非本征跨导(g_m)的影响由于器件尺寸较小,器件饱和机理为饱和漂移速度机理,非本征跨导g_m的变化来源于栅源通道电阻R_(ch)~s的变化。我们分别用R_(ch)~s(PCF)和R_(ch)~(s(POP))表示PCF散射对应的R_(ch)~s组分和POP散射对应的R_(ch)~s组分。分析PCF散射对栅源通道电阻R_(ch)~s的影响时,以栅源、栅漏作为基准,迁移率分析中我们通过PCF散射理论模型拟合得到零栅压下凹栅槽耗尽型器件栅下区域存在正界面电荷和正极化电荷,这也就是栅下区域存在正附加电荷。对于凹栅槽耗尽型AlGaN/GaN HFETs,随着V_(GS)从-3 V到1V增大,栅下正附加极化电荷不断增多,增多的附加正极化电荷对欧姆接触区域由于金属横向扩散产生的固定负附加极化电荷产生抵消作用,导致PCF散射对栅源、栅漏区域沟道中的载流子散射作用减弱,进而使得栅源通道电阻Rsh随着V_(GS)的增大而减小。而POP散射则与之相反,当电流增大到一定程度后,沟道中的载流子速度增大,电子能量增强,其与极化光学声子散射的作用不断增强,这使得电子温度的上升,POP散射增强,导致栅源通道电阻R_(ch)~s随着V_(GS)的增大而增大。对比栅长(L_G)和栅源间距(L_(SD))比值不同的器件,发现栅长越大的器件,其PCF散射作用强,PCF散射对栅源通道电阻R_(ch)~s影响越大。随着V_(GS)增大,PCF散射决定的R_(ch)~s(PCF)减小,R_(ch)~s(PCF)的减小会抵消随着栅偏压增大的R_(ch)~s(POP)。L_G/L_(SD)越大的器件,抵消作用越强,栅源通道电阻R_(ch)~s随着L_G/L_(SD)比值的增大变化越小,器件跨导也就越平缓。3.极化库仑场散射对凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs器件特性影响研究(1)极化库仑场散射对凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs器件2DEG迁移率的影响通过PCF散射理论模型拟合得到不同尺寸凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs器件势垒层附加极化电荷和载流子迁移率。分析得到ICP刻蚀和介质层的淀积在栅下区域势垒层界面引入大量负界面电荷,对于PCF散射,这相当于栅源、栅漏区域产生大量正的附加电荷σ2。而随着vGS正向增大,由于逆压电效应,栅下势垒层界面总负电荷(势垒层界面正极化电荷加负界面电荷)减少,PCF散射减弱,随着V_(GS)增加栅下2DEG迁移率增大。所研究的器件栅源(L_GS)、栅漏间距(L_GD)相等,栅长越大,栅源、栅漏区域附加正电荷σ2对栅下载流子散射作用越弱,随着vGS增大其载流子迁移率变化幅度越小。vGS相同时,栅长越长其PCF散射作用越弱,载流子迁移率越大。(2)极化库仑场散射对凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs栅源通道电阻(R_(ch)~s)的影响本章选取不同尺寸的凹栅槽增强型AlGaN/GaN HFETs,对比探究其栅源通道电阻(R_(ch)~s)。AlGaN/GaN HFETs栅源通道电阻(R_(ch)~s)利用栅探针法和PCF散射理论模型拟合得到,ICP刻蚀和介质层的淀积在栅下区域势垒层界面引入大量负界面电荷。因而未加栅电压时,栅下就存在大量的负附加电荷σ3。随着V_(GS)正向增大,栅下势垒层张应变增强,栅下负附加电荷σ3减少,对于栅源、栅漏区域中的2DEG电子散射作用减弱,因此栅源通道电阻R_(ch)~s随着V_(GS)的增大而减小。栅源、栅漏间距相同,栅长越短,栅下附加电荷对栅源通道电阻R_(ch)~s作用越弱,R_(ch)~s,数值越小。(本文来源于《山东大学》期刊2018-05-27）
王淑鹏[5]（2018）在《二维过渡金属硫族化合物MX_2及黑磷材料的场效应晶体管和异质结的电学特性》一文中研究指出二维(2D)过渡金属硫族化合物(TMDCs)及黒磷(BP)半导体材料,以及由其制备的器件特性是当前半导体研究领域的热门课题。由于其卓越的物理和化学性质,使得二维材料在不同领域内都有着广泛的应用,例如光电子器件、化学传感器、杂化材料等。本论文以探索过渡金属硫族化合物和黑磷场效应晶体管的各种物理参数及输运特性为目的,利用干法转移技术成功制备出了多种2D TMDCs和BP的场效应晶体管(FET)及其异质结。系统分析了影响器件性能的不同因素,主要工作可以概括为以下几个部分:(1)详细描述了2D材料和器件的制备方法,比较了干法转移和湿法转移技术的优缺点;探索了在通过干法转移技术制备器件的过程中,不同材料转移所需要的不同条件,以达到最小损伤材料的转移。比较了利用EBL制备电极、利用石墨制备电极、贴金膜制备电极叁种制备器件电极方法的优缺点,得出通过直接贴金膜的方式,可最大程度地减少电极制备过程(例如EBL),避免电极制备过程对材料的污染;(2)系统地测量和分析了不同种类的2D TMDCs-FET和BP-FET的电学输运特性与各因素之间的关系。具体研究了材料厚度对材料能带的调节作用,温度对器件输运特性的影响,空气中的水氧吸附作用与材料导电类型之间的关系,以及光照对二维材料的影响;(3)以肖特基结电流方程为基础,构建函数F_α(V)。通过对函数F_α(V)进行电压求导得到接触电阻,势垒高度;电流求导得到串联电阻、理想因子。利用该方法对由干法制备而成的MoS_2/BP异质pn结进行了具体分析,并对电压求导和电流求导两种方法的优劣势进行了讨论。本文通过干法转移制备了不同种类的2D-FET以及MoS_2/BP异质结器件,系统地研究了不同因素对器件性能的影响,实验中所得到的结论将为制备高性能、高稳定性的2D-FET和异质结器件提供指导,从而推动二维材料器件的应用。(本文来源于《天津大学》期刊2018-05-01）
刘艳[6]（2017）在《AlGaN/AlN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射制变温研究》一文中研究指出信息化已成为当今社会发展的大趋势,微电子技术在推进社会信息化进程中起了很大作用。而半导体器件性能的提高直接影响了微电子技术的发展。半导体器件在以高效率、小型化等为发展目标不断追求技术进步的同时,也越来越注重追求低污染、低能耗的环保优点。采用新兴半导体材料与器件实现高效小型及节能环保刻不容缓。其中,作为GaN基电子器件重要代表的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/GaNHFETs),因其优异的高温高频大功率等特性能够满足当今社会发展对半导体器件高性能的要求,而备受国内外的广泛关注。早在2010年,商用AlGaN/GaN HFETs器件就已推向市场。近年来,随着GaN技术的迅速发展,高性能商用AlGaN/GaN HFETs产品不断更新并已在越来越多领域实现应用。其中,高温领域的应用是AlGaN/GaNHFETs的重要优势之一。因此对器件特性随温度变化的研究非常必要。目前有关AlGaN/GaN HFETs器件变温特性的报道集中在对高温下其饱和漏电流密度、跨导和截止频率等的下降上即其电学特性退化的评估上,而缺乏对其退化机理的深入探讨。明确器件性能参数随温度变化的规律和机理是实现器件在高温下保持高性能的基础。电子迁移率是研究器件性能参数的重要参数。而散射机制是电子迁移率的重要影响因素。因此研究散射机制随温度变化的规律对分析器件的性能参数受温度的影响至关重要。2007年,在对AlGaN/GaN HFETs器件输运特性的研究中,一种新散射机制——极化库仑场散射(PCF散射)被首次提出。PCF散射源于AlGaN/GaN异质结界面处分布不均匀的极化电荷。器件制造过程中金属淀积工艺及器件工作过程中漏极和栅极所加电压导致源漏间AlGaN势垒层应变分布不均匀是引起异质结界面处极化电荷分布不均匀的主要原因。从2007年PCF散射机制被首次提出,到2014年这一新散射机制理论模型建立,极化库仑场散射理论在不断完善中已历经近10年发展。期间直至目前理论验证和修正的研究工作一直在进行。然而这些研究大都仅限于室温下PCF散射对GaN电子器件载流子输运特性和器件电学特性的影响。变温情况下PCF散射对GaN电子器件载流子输运特性和器件电学特性的影响尚需研究和探讨。因此本论文主要就温度对AlGaN/AlN/GaN异质结场效应晶体管(AlGaN/AlN/GaN HFETs)中二维电子气(2DEG)电子迁移率(μn)和器件电学参数的影响进行了研究(目前的AlGaN/GaNHFETs器件都是采用了有薄A1N插层的AlGaN/AlN/GaN HFETs器件,本论文研究的AlGaN/GaN HFETs器件,都是AlGaN/AlN/GaN HFETs器件),特别是温度变化过程中,就PCF散射对AlGaN/AlN/GaN HFETs器件中μn的影响进行了研究,进而分析研究了高温过程中,PCF散射对AlGaN/AlN/GaN HFETs器件的性能参数Rs(栅源间寄生电阻)的影响情况。具体包括以下内容:1、AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子体系的变温研究制备了源漏间距100μm,栅长30μm的AlGaN/AlN/GaN HFETs器件,对制备的AlGaN/AlN/GaN HFETs器件进行了变温电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)测试,基于测试得到的不同温度下的C-V和I-V曲线,并通过在Matlab环境下薛定谔方程和泊松方程的自洽求解,研究了温度对AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子体系(包括2DEG的浓度、子带结构、子带占据和叁角形势阱深度等)的影响。发现AlGaN/AlN/GaN异质结界面处的叁角形势阱随温度的升高而逐渐变浅变宽,对2DEG电子的限制作用也随之逐渐变弱,导致2DEG电子分布逐渐延展向GaN一侧;且栅偏压为零时的2DEG电子密度、费米能级Ef和异质界面极化电荷密度随之逐渐减小。这其中一个原因是随温度上升,电子热激发能(KBT)增大,叁角形势阱中的2DEG电子热激发到更高能态的几率增大,2DEG电子体系的量子特征减弱;另外一个重要原因归为AlGaN势垒层及GaN沟道层具有的热膨胀系数不同,因此升高温度,将减小AlGaN势垒层的应变能,从而会减弱AlGaN势垒层的极化电场,进而将变浅叁角形势阱的阱深,最终降低了2DEG电子的限制作用。2、AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子迁移率的变温研究(a)室温下AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子迁移率的研究。制备了源漏间距为100μm、栅长为40μm的AlGaN/AlN/GaN HFETs器件,并通过实验测得的AlGaN/AlN/GaNHFETs的C-V、I-V特性曲线,结合理论计算定量研究了室温下各种散射机制(长纵光学声子散射(LO声子散射)、界面粗糙度散射(IFR散射)、声学形变势散射(DP散射)、压电散射(PE散射)、位错散射(DIS散射)以及PCF散射)对AlGaN/AlN/GaN HFETs中栅下沟道2DEG电子迁移率的影响。通过μn随2DEG面密度的变化进行分析表明:室温下LO声子散射对μn的大小起主导作用,而PCF散射对μn随2DEG面密度的变化趋势起主导作用。(b)AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子迁移率的低温研究。通过对所制备的器件(低温研究器件与室温研究器件相比,除在异质结材料体系上有所不同外,器件尺寸和器件工艺等方面都一样)在100～300K范围内进行C-V和I-V曲线测试,并应用马西森定则定量分析了低温100-300K下各散射机制对AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子迁移率的影响。通过对低温100～300K范围内μn随2DEG面密度变化情况的分析表明:100～200K温度范围,PCF散射是栅下沟道载流子最重要的散射机制,PCF散射对栅下沟道中μn的大小及μn随2DEG面密度变化的趋势都起主导作用;随着温度的升高PCF散射对μn的影响不断减弱,出现这一结果的主要原因为:温度升高过程中LO声子散射不断增强,导致PCF散射对μn影响的比重不断减小。(c)不同器件结构的AlGaN/AlN/GaN HFETs中2DEG电子迁移率的高温研究。制备了源漏间距均为100μm、栅长分别为30μm、50μm及70μm的叁个方形AlGaN/AlN/GaN HFETs样品。通过高温300～500K范围内测试得到的C-V、I-V特性曲线,分析了高温300～500K下的叁个样品中μn随2DEG面密度的变化情况。研究表明:在300～500K温度范围内,PCF散射依然是AlGaN/AlN/GaNHFETs器件中栅下沟道载流子的一种重要散射机制,特别是对LGG/LSD较小的器件(LG/LSD<1/2),即使在温度上升到500K时,PCF散射依然对栅下沟道中μn随2DEG面密度的变化趋势有重要影响。3、AlGaN/AlN/GaN HFETs中栅源间电阻Rs的高温研究(a)温度对栅源间电阻Rs的影响。制备了源漏间距、栅源间距及栅长分别为100μm、20μm及20μm的方形AGaN/AlN/GaN HFETs器件,并通过高温300～500K范围内测得的I-V、C-V特性曲线及栅探针法测得的Rs,分析研究了温度对AlGaN/AlN/GaN HFETs中Rs的影响,特别是就不同温度下PCF散射对Rs的影响进行了研究。研究表明:在300～500K温度范围内,PCF散射对AlGaN/AlN/GaN HFETs中的Rs有重要影响;随温度增加,在同样正向栅源电流条件下,栅源偏压降低,栅下附加极化电荷量减小,其对应的PCF散射势减弱,从而使得PCF散射对Rs的影响降低;通过对AlGaN/AlN/GaN HFETs中Rs的变温分析证实了栅下附加极化电荷对应的附加散射势(PCF散射势)与欧姆接触附近附加极化电荷对应的附加散射势(PCF散射势)在散射AlGaN/AlN/GaN HFETs器件栅源间沟道载流子时存在相互作用。(b)不同器件结构的AlGaN/AlN/GaN HFETs中栅源间电阻Rs的高温研究。制备了源漏间距和栅长均为100μm和20μm,栅源间距分别为10μm及30μm的两个方形AlGaN/AlN/GaN HFETs样品。通过高温300～500K范围内测试得到的C-V、I-V特性曲线及栅探针法测得的Rs,分析研究了不同器件结构的AlGaN/AlN/GaNHFETs中Rs的高温特性。研究表明:对于栅长相同而栅源距离不同的AlGaN/AlN/GaNHFETs器件,栅源距离越小,PCF散射对该器件中的Rs影响越大,这为优化AlGaN/AlN/GaN HFETs器件结构,减小寄生Rs电阻提供了重要依据。(本文来源于《山东大学》期刊2017-05-20）
房玉龙,王现彬,吕元杰,王英民,顾国栋[7]（2016）在《N极性GaN/AlGaN异质结和场效应晶体管（英文）》一文中研究指出由于晶格的反转和随之而来的极化场的反转,N极性面氮化物材料已经成为微波功率器件应用的理想材料之一。在2英寸(1英寸=2.54cm)偏角度4H-SiC衬底上通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的方法生长了N极性面GaN/AlGaN异质结材料,使用X射线衍射仪(HR-XRD)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)等对材料进行了表征。结果表明,N极性面GaN/AlGaN异质结材料的二维电子气面密度和迁移率分别为0.92×1013cm~(-2)和1035cm~2/(V·s)。制备了N极性GaN/AlGaN异质结场效应晶体管(HFET)。测试结果表明,1μm栅长的n极性面GaN/AlGa NHFET器件峰值跨导为88.9mS/mm,峰值电流为128mA/mm。(本文来源于《半导体技术》期刊2016年02期）
王洪娟[8]（2015）在《锗锡隧穿场效应晶体管应变工程和异质结工程研究》一文中研究指出隧穿场效应晶体管(Tunneling Field-effect Transistor,TFET)在室温下可实现60 mV/decade的亚阈值摆幅(SS),在超低工作电压下,比如0.3伏,TFET可获得比MOSFET器件更高的工作电流。因此,TFET是实现超低功耗芯片的备选器件结构。目前,基于锗锡(Germanium-Tin,Ge Sn)材料的TFET器件是微电子研发的热点。GeSn合金在Γ点禁带宽度在0~0.8 eV范围内连续可调,当锡(Sn)组分增加到6.5~11%时,材料能带结构从间接带隙转变成直接带隙。基于以上材料特性,GeSn TFET器件展现出相较于其它IV族、甚至III-V族材料TFET更优异的器件性能。本文从理论层面深入研究了应变和异质隧穿结对GeSn TFET器件电学性能的提升作用。利用k?p理论和经验赝势理论(EPM)详细研究应变对GeSn材料能带结构、有效质量等参数的影响,基于Kane模型对应变和弛豫的GeSnTFET器件进行电学性能模拟和对比分析。结果显示,通过在器件中引入张应变可以有效提高器件带间隧穿的产生机率,提高器件的工作电流,而且研究结果表明这种提升作用与沟道晶面取向相关。本文利用经验赝势方法计算了GeSn和SiGeSn能带结构,利用Ge1-xSnx/Ge1-ySny I型异质结设计了异质结增强型TFET器件结构,并对器件的电学性能进行详细模拟计算。发现隧穿结与异质结之间的距离LT-H对器件电学性能有明显影响,通过优化LT-H,可以显着提供器件电学性能。理论分析显示增强型I型异质结可以显着缩短器件带间隧穿路径,从而提高器件隧穿几率和工作电流。本文对带有GeSn/SiGeSn II型异质隧穿结的TFET器件进行了结构设计和详细的电学性能模拟。通过调整材料组分形成晶格匹配的II型GeSn/SiGeSn异质隧穿结,带有GeSn/SiGeSn异质隧穿结的TFET获得了明显优于GeSn同质结器件的电学性能。通过分析器件的载流子分布特性,发现II型异质结可以有效提高隧穿结处载流子浓度,并使载流子分布更加陡峭,从而提升器件带间隧穿效率和工作电流。(本文来源于《重庆大学》期刊2015-10-01）
崔少波[9]（2015）在《并五苯/Alq_3垂直异质结发光场效应晶体管的研究》一文中研究指出有机发光场效应晶体管是一种新型的多功能光电子器件,集合了场效应晶体管的电流开关和调控功能以及有机发光二极管的电致发光特性。作为最简单的集成有机光电器件之一,有机发光场效应晶体管在有源矩阵全色电致发光显示器、光通信系统及有机电泵浦激光器等领域都有重要应用,而且还为有机半导体光电子特性的基础研究提供了一种新的方法。本文首先研究了基于并五苯的底栅极顶接触结构的场效应晶体管,分析了绝缘层PMMA、有机半导体层并五苯以及发光层Alq3对器件性能的影响,对各功能层的厚度进行了优化,绝缘层PMMA的最优厚度是420nm,有机层并五苯的最优厚度为50nm,发光层Alq3的最优厚度为30nm。制备了稳定、高载流子迁移率的并五苯/PMMA场效应晶体管,最优器件的空穴迁移率为1.25cm2/Vs。之后我们成功制备了基于并五苯/Alq3垂直异质结的顶接触发光场效应晶体管。使用并五苯作为场效应层,Alq3作为电子传输和发光层,聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)旋涂在氧化铟锡(ITO)的玻璃衬底上作为栅极介电层。在漏电极之下的Alq3层大致占据并五苯表面的一半,并与其形成非对称异质结。空穴传输层NPB处于源极下,占据并五苯表面的另一半,以促进空穴输运。该器件具有典型的p型场效应特性。在大气环境下,我们在该器件中实现了可被栅压及源漏电压调控的电致发光。发光区域邻近漏电极。器件的空穴迁移率为0.83cm2/V.s,阈值电压为-16V。我们对其工作原理进行了详细的讨论。(本文来源于《北京交通大学》期刊2015-06-01）
田小婷[10]（2015）在《GaSb/InAs异质结隧穿场效应晶体管的性能分析》一文中研究指出随着信息技术的进步,集成电路迅猛发展,要求单个半导体器件的尺寸不断减小,随之而来的便是功耗的增加,而这正是目前集成电路发展的最大障碍.为了解决电路能耗问题,隧穿场效应晶体管以不同于传统场效应管的工作原理,作为最理想的替代品成为国际上的重点研究对象.本文通过对一维泊松方程的求解得到了关于沟道内表面势的表达式,从而得出了导带和价带的能带分布情况,在有效质量近似下,利用Wentzen-Krammel-Brillouin (WKB)近似方法,研究了由GaSb/InAs形成的异质结隧穿场效应晶体管(TEFT)的隧穿几率与隧穿电流,通过数值计算讨论了GaSb/InAs异质结TFET的传输特性与栅极电压、偏压以及材料厚度等的变化关系.由于Ⅱ型的异质结构特点,沟道电压容易控制异质结界面处能带,使得由小带隙材料GaSb/InAs形成的晶体管的有效隧穿长度变小,因此得到了较高的开启电流,且具有比传统金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)更低的亚阂值摆幅,突破了室温下60mV/dec的限制.通过数值计算的结果表明,由Ⅲ-Ⅴ族化合物形成的具有Ⅱ型异质结的隧穿场效应晶体管确实有着更好的性能.(本文来源于《内蒙古大学》期刊2015-05-01）
异质结场效应晶体管论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)作为GaN材料在电子器件应用中的重要代表,近二十多年来备受关注。一方面,AlGaN/GaNHFETs有效地发挥了 GaN材料本身所具备的大的禁带宽度、高的击穿电压、高的饱和电子漂移速度、良好的抗辐射和抗腐蚀等优异特性;另一方面,由于AlGaN/GaN异质结材料中自发极化和压电极化的存在,使得在AlGaN势垒层无需掺杂的情况下,便可在AlGaN/GaN异质结界面处产生电子面密度高达～1 × 1013 cm-2,电子迁移率高达～2000 cm-2/V·s的二维电子气(2DEG),这不仅有效的弥补了 GaN本身由于电子有效质量大而造成的电子迁移率低(～1000 cm-2/V·s)这一不足,也避免了掺杂带来的电离施主杂质散射的影响,从而为器件提供了性能优越的沟道输运层。AlGaN/GaNHFETs的这些特点,使它在高频大功率领域具有独特的优势,在军事领域中的雷达通信、电子对抗,民用通信中的5G应用、小型基站、新型通信微型卫星,电力传输,以及汽车电子中有着广阔的应用前景。因此,研究AlGaN/GaNHFETs,对于提高我国的军事力量和民用设备性能,具有重要意义。从1993年第一只AlGaN/GaNHFETs问世,经过长达25年的研究,AlGaN/GaN HFETs完成了从起初各性能适中的蓝宝石衬底,到低失配、高热导率的SiC衬底,到低成本、易集成的Si衬底的探索,在器件功率密度、频率特性、击穿特性和增强型器件制备等方面进行了多方位的研究,并取得了一系列突破性成果。目前,虽然以AlGaN/GaNHFETs为核心的产品已投入市场应用,但一些相关问题仍亟需解决:AlGaN/GaN HFETs器件物理模型亟需完备;小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件电学特性的理论研究亟需完善;作为功率放大器的核心器件,AlGaN/GaNHFETs的非线性失真问题亟需解决。极化库仑场(polarizaiton Coulomb field,PCF)散射,起源于 AlGaN/GaN 异质界面处极化电荷分布不均匀,是和AlGaN势垒层应变分布相关的一种散射机制。欧姆接触金属原子在欧姆退火工艺中的横向扩散,以及栅偏压引起的逆压电效应,都会改变AlGaN势垒层的应变,造成AlGaN/GaN异质界面处极化电荷分布不均匀,导致PCF散射产生。研究发现,PCF散射对AlGaN/GaN HFETs器件特性具有重要影响。从2007年PCF散射提出到现在,经过十多年的研究,已形成了 PCF散射完善的研究方法和理论体系。但是如何利用这一散射体系,有效地提高器件性能参数,将之应用于器件实际工作中,是当前面临的一个重要问题。本论文基于PCF散射理论,结合AlGaN/GaN HFETs当前面临的问题,以将PCF散射理论应用于实际器件参数分析和性能提升作为研究重点,利用PCF散射理论,从准确确定器件载流子迁移率、分析小尺寸器件载流子迁移率特性、利用栅长的设计和栅偏压的选择提高器件性能、提高器件线性度等方面开展具体的研究工作。具体研究包括以下内容:1.一种准确确定AlGaN/GaN HFETs载流子迁移率的方法首先,基于二维散射理论,对AlGaN/GaN HFETs中PCF散射的形成和理论模型的建立进行了详细介绍。之后,对传统方法计算载流子迁移率的局限性进行了分析。传统意义上对栅下2DEG电子迁移率的求解,是基于栅下沟道2DEG受到栅偏压的调控,而栅源通道电阻Rs和栅漏通道电阻RD不随栅偏压的改变而改变,即Rs和RD为固定值这一原则(本论文中,栅源通道电阻Rs和欧姆接触电阻RC之和为源串联电阻,栅漏通道电阻RD和欧姆接触电阻RC之和为漏串联电阻,Rs和RD均不包含欧姆接触电阻RC)。但是,随着栅偏压的改变,由于逆压电效应,栅下AlGaN势垒层具有不同的应变变化,栅下极化电荷会随之改变,导致PCF散射会随栅偏压改变。PCF散射对栅源、栅漏和栅下叁部分载流子都有散射作用。RD和RD因受PCF散射的影响,不再是定值,而会随栅偏压变化,这样一来传统方法将不再适用。为此,从PCF散射对Rs和RD的影响出发,通过测得的电流-电压(Ⅰ-Ⅴ)输出特性曲线和电容-电压(C-Ⅴ)曲线,基于二维散射模型,采用迭代计算的方法,提出了一种准确确定栅下2DEG电子迁移率的方法。运用这一方法,计算了漏源间距为20 μm,栅长为4 μ和16 μm的两样品的载流子迁移率。并与传统方法进行对比,发现栅长越大的器件,PCF散射对Rs和RD的影响越强,新方法和传统方法的差别越大。最后,基于得到的2DEG电子迁移率,计算得到器件的跨导,并与跨导测试值进行对比,证明了这一方法的准确性。2.小尺寸AlGaN/GaN HFETs载流子迁移率的研究采用T型栅、n+-GaN欧姆接触再生长、SiN钝化等工艺,制作了栅长为70 nm,栅源间距为300/600nm,栅宽为20/40 μm的AlGaN/GaNHFETs。依据测得的Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线和2DEG电子面密度,基于PCF散射,采用迭代计算的方法,提取出小尺寸AlGaN/GaNHFETs栅下2DEG电子迁移率和栅源/栅漏通道电阻。分析发现,栅下2DEG电子所受PCF散射在所有散射中占主导地位,其电子迁移率随栅偏压增大(栅偏压增大是指从负偏压向正偏压变化)而增大。并且,漏源间距越大或栅宽越大的器件,2DEG电子迁移率越低。这是由于漏源间距或者栅宽的增大,有效地增大了栅源和栅漏区域内的附加极化电荷数目,从而对栅下2DEG电子的PCF散射作用增强。Rs和RD随栅偏压的降低(栅偏压降低是指从正偏压向负偏压变化)而增大,并且,漏源间距小的器件或者栅宽大的器件,Rs和RD的增大更加明显。这是由于栅长不变,漏源间距减小,栅源和栅漏间距随之减小,栅下附加极化电荷对更小的栅源和栅漏沟道中的2DEG电子的PCF散射增强;栅宽增大,导致栅下附加极化电荷数目增多,对栅源和栅漏沟道电子的PCF散射作用也增强。研究表明PCF散射对小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件载流子迁移率具有重要影响,减弱PCF散射,可有效地提高小尺寸AlGaN/GaN HFETs器件性能。3.不同栅长和栅偏压对AlGaN/GaNHFETs极化库仑场散射势和栅源通道电阻RS的影响研究制作了漏源间距为20 μm,栅长分别为4 μm、10 μm和16 μm的AlGaN/GaN HFETs,测试得到器件的Ⅰ-Ⅴ输出特性曲线和C-Ⅴ曲线。通过选用不同的2DEG电子波函数和PCF散射势,提出了两种计算PCF散射的方法,并结合其它散射机制,计算了漏源沟道电阻值。与实验测试值进行对比发现,不同栅长和栅偏压对PCF散射势有着不同的影响。对于栅长小的器件,应选择栅源和栅漏区域的2DEG电子波函数,及栅下区域附加极化电荷进行PCF散射的计算。对于栅长大的器件,应选择栅下区域的2DEG电子波函数,及栅源和栅漏区域的附加极化电荷进行PCF散射的计算。对于栅长长度居中的器件,两种方法计算的漏源沟道电阻都和实验值有着一定的差别。这主要是由于PCF散射理论模型是基于微扰理论建立的,只有PCF散射势相比系统的哈密顿量是小量,才能保证PCF散射计算结果的准确性。此外,随着栅偏压向负偏压不断降低,PCF散射不断增强,PCF散射势能不断增强,这也会降低PCF散射理论计算的准确性。由此得知,不同栅长和栅偏压可以影响器件的PCF散射势,只有尽可能的选择小的PCF散射势所对应的系统哈密顿量,才能符合微扰理论的适用性,从而保证PCF散射理论模型计算的准确性。制作了栅源间距为3μm,栅漏间距为6μm,栅长分别为3μm、6μm和10μm的AlGaN/GaN HFETs,采用栅探针法测试了器件的栅源通道电阻Rs。分析发现:不同栅偏压或栅长下,相同栅源间距的器件Rs呈现不同的电阻值;随栅偏压的增大,3 μm栅长的器件Rs单调下降,6 μm栅长的器件Rs先下降后上升,10μm栅长的器件Rs单调上升。这种Rs的变化被认为是PCF散射造成的。栅下正的附加极化电荷和欧姆区域负的附加极化电荷,在PCF散射势中存在着抵消作用,栅偏压或者栅长的增大会增加栅下正的附加极化电荷数目,改变PCF散射,从而影响Rs。这一结果通过实验计算得到了很好的验证,并使得改变器件栅长或者选择合适的栅偏压,有效改善Rs进而提高器件线性度成为可能。4.极化库仑场散射对AlGaN/GaN HFETs器件线性度的影响研究制作了栅长为100 nm,漏源间距为2 μm和4 μm的AlGaN/GaN HFETs器件,选取漏源偏压VDS = 10V(a-g)和漏源偏压改变(A-G)的两种不同类型的静态工作点,基于两种不同静态工作点下的小信号测试,得到了器件的功率增益。对比发现A-G比a-g的功率增益变化更加平缓,即A-G具有更好的器件线性度变化,并且这种线性度的提高在小的漏源间距器件下更加明显。研究表明栅偏压的增大或者漏源偏压的减小,都可以减弱PCF散射,而PCF散射的减弱,可有效地补偿随栅偏压增大而增强的POP散射,从而减小Rs的变化程度,减缓器件跨导、截止频率和功率增益随栅偏压的下降趋势,进而提高器件线性度。制作了栅长为1 μm,漏源间距为6 μm,栅宽分别为546 μm和780 μm的AlGaN/GaNHFETs,并进行了器件输入输出匹配下的功率测试。发现栅宽越大的器件,其功率增益变化越平缓,线性输出特性越好。对栅源沟道中电子温度进行求解,发现两样品栅源沟道电子温度几乎相同,POP散射所决定的Rs部分几乎一致,其随栅偏压的增大而增强;而两样品栅宽不同,栅下附加极化电荷数目不同,所以PCF散射强度不同,栅宽大的器件具有更多的附加极化电荷,因而具有更强的PCF散射。PCF散射决定的Rs部分随栅偏压的增大(栅偏压增大指从负偏压向正偏压变化)而降低,而POP散射决定的Rs部分随栅偏压的增大而增大,这样,PCF散射增强可以使Rs随栅偏压的变化(从负偏压向正偏压变化)减小。最后,对计算得到的Rs进行对比,发现栅宽大的器件Rs呈现更平缓的变化。在实验测试和理论计算上证明了增大器件栅宽,可以提高器件PCF散射,从而提高器件线性度。制作了栅源和栅漏间距都为1 μ,栅长分别为0.5 μm、0.35 μ和0.25 μm的AlGaN/GaN HFETs。通过跨导测试分析,发现栅长越大的器件,其跨导变化更加平缓。输入输出匹配下的功率测试表明,栅长越大的器件,其1-dB压缩点对应的输入功率(PIN-1dB)越高,即器件线性度越好。理论计算了器件各散射机制对应的Rs和总的Rs,发现栅长大的器件,其栅下附加极化电荷多,PCF散射强。同样,PCF散射增强可以使Rs随栅偏压的变化减小(与增大栅宽的情况相同),从而增大器件栅长可有效地提高器件的线性度。基于不同漏源间距、不同栅宽和不同栅长的器件实验证明和理论分析,结合PCF散射,提出了一种提高AlGaN/GaNHFETs器件线性度的方法,即通过采用薄的势垒层、挖栅槽工艺、高A1组分AlGaN势垒层、增大栅长/栅源间距比、增大栅宽、采用背势垒结构等工艺手段,可有效增强PCF散射,抵消POP散射,减弱Rs随栅偏压的变化,从而提高器件线性度。这一方法具有简单、直接、可操作性强和集成度高等优点,可实现在器件层级对GaN功率放大器线性度性能的提高,具有十分重要的应用价值。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
异质结场效应晶体管论文参考文献
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