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由于Ga N材料具有宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场等优秀特性,使Al Ga N/Ga N HEMT器件成为微波和功率领域的研究热点。在微波应用领域,Al Ga N/Ga N HEMT器件为提高器件的电流增益截止频率(?T)和功率增益截止频率(?max)其主要手段是减小器件的栅极长度(Lg)。而随着Lg的过度缩小,将会引起器件越发严重的短沟道效应(SCEs),最终导致器件的最大直流跨导(gm)下降、阈值电压(Vth)负向漂移、输出特性曲线不饱和以及频率栅长乘积(?T·Lg)下降,从而导致器件的电学性能和可靠性明显退化。首先,创新提出了一种抑制短沟道效应的复合金属栅Al Ga N/Ga N HEMT,该结构借助栅极的金属的功函数不同优化栅极下方沟道电势分布,从而使漏致势垒降低(DIBL)效应降低,缓解了SCEs。除此之外,沟道层中栅极金属界面间存在的电场峰值使源极注入到栅极下方的电子加速,提高电子平均漂移速度,使最大输出电流和直流跨导分别提高17%和10%,并使截止频率提高了14.8%。同时,还提出了一种具有复合栅介质层的Al Ga N/Ga N MIS-HEMT,利用高低K栅介质层使栅下沟道产生水平方向的电场峰值,可提高载流子的输运效率,而且低K栅介质可降低栅电容,最终使截止频率提高了17%。其次,为解决栅极漏边沿电场集聚的问题以提高Al Ga N/Ga N HEMT的击穿电压,创新提出了具有复合势垒层Al Ga N/Ga N HEMT。该结构利用栅极与漏极间不同Al组分的Al Ga N势垒层材料,使栅漏区域沟道2DEG分布成阶梯形分布,形成LDD(low densit drain)结构,可调制沟道电场分布使电场整体向漏区扩展,研究表面其击穿电压提高了160%,器件优值(FOM)提高了382%。同时,还提出了负离子注入钝化层Al Ga N/Ga N HEMT,通过在栅漏间的钝化层中注入负离子来耗尽栅漏间沟道区的部分二维电子气(2DEG)以调制沟道电场分布,使器件击穿电压提高了91%。最后,为满足Al Ga N/Ga N HEMT在集成电路上的应用需要实现增强型器件,分别创新提出了具有复合沟道层的Al Ga N/Ga N MIS-HEMT和基于Ga N-On-Insulator技术的增强型Al Ga N/Ga N MIS-HEMT,二者主要利用III族氮化物自身的极化效应,通过极化工程来实现对栅极下方沟道2DEG的耗尽,阈值电压分别达到1.2 V和1.8 V,实现了增强型应用。