近年来,在高温、高频、大功率器件等领域有着广阔应用的GaN基材料,一直是研究的热点。此材料体系作为第三代宽禁带半导体材料的代表,有着宽的带隙、高的击穿电场、高的饱和电子漂移速度、高的热导率、化学性质稳定等优点。以此为基础制备的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFET)是GaN基电子器件最重要的代表,其具有高的跨导、高的饱和电流、高的截止频率、高的击穿电压等优良特性。自从世界上第一支AlGaN/GaN HFET1993年问世以来,人们对此器件的研究一直没有间断,已经达到了产业和实用化的水平。但是,仍然存在诸多问题,例如GaN基材料里高的空穴掺杂效率问题、高Al组分的HFET发展受阻等问题。最近,人们发现AlGaN层中Al组分渐变可以使器件有很多优良的特性,对解决上述问题很有帮助。由此出现了AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管。因此深入研究AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管(PolFETs)有着非常重要的意义。基于此,本论文进行了以下方面的研究。1. AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管工作原理的分析和研究。器件工作原理是器件分析的基础。我们通过对材料结构的理解,解释了沟道3DEG的来源。基于此我们结合MESFET的工作原理,试着分析了器件工作原理。鉴于其器件材料的结构,我们分析和阐述了该AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管(PolFETs)器件载流子可能受到的散射。2. AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管低场下电子迁移率计算模型的研究。器件迁移率研究是器件研究的基础。在上述研究基础上,我们分析了AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管(PolFETs)器件低场下电子迁移率计算模型。3.不同尺寸的AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管低场下迁移率研究。(a)AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管中相同源漏间距的器件电子低场迁移率研究。我们制作了源漏间距不变(100μm、60pm)栅长变化的AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管两种类型的器件,其中源漏间距为100μm的器件有正常欧姆器件和边欧姆器件两种。我们利用测试得到的C-V曲线和测量杂质分布的C-V法得到了各个器件3DEG的浓度分布情况,通过C-V曲线积分得到了各个器件3DEG的面密度,进而得到了各个器件不同栅压下的3DEG的平均浓度。根据上述该类型器件低场下电子迁移率计算模型,结合我们实验测得的相应器件的I-V特性曲线,我们得到了各器件在不同栅压下的电子低场迁移率情况。我们结合极性光学声子散射、合金无序散射、极化库仑场散射等对器件的载流子散射情况做了详尽的分析。我们发现,在AlGaN/GaN PolFETs中,极化库仑场散射起的作用相对于AlGaN/GaN HFET变弱,只有当栅面积很小,极化电荷密度梯度比较大时,极化库仑场散射起的作用比较大。(b) AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管中不同源漏间距的器件电子低场迁移率研究。我们制作了栅源和栅漏间距均为10 μm、40 μm的器件两种尺寸的器件。我们用同样的方法得到了各个器件3DEG的浓度分布情况和不同栅压下的3DEG的平均浓度。根据该类型器件低场下电子迁移率计算模型,我们得到了器件在不同栅压下的电子低场迁移率情况。研究发现,同样是在栅面积比较小的时候,极化库仑场散射起的作用比较大。(c) AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管中偏栅器件电子低场迁移率研究。我们制作的是源漏距离为40μm,栅长为8 μm,变化栅源距离的器件。通过分析偏栅器件电子低场迁移率随栅压的变化情况。我们得出结论,在AlGaN/GaN极化掺杂场效应晶体管中,极化库仑场散射也是和器件栅长与源漏间距之比相关的。