AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)是GaN基电子器件中的重要代表,GaN材料的优越特性也使得AlGaN/GaN HFETs在大功率、高频应用方向上独占鳌头,在民用通信(5G基站)、汽车电子、航天航空等领域扮演着重要角色。极化库仑场(PCF)散射是AlGaN/GaN HFET器件中一种非常重要的散射机制,经过十三年的研究,PCF散射理论模型及成套的散射理论体系已经在指导器件设计、器件建模方向发挥了重要作用,但是这些工作都是基于常规的方形栅器件,对于新型结构的AlGaN/GaN HFET器件研究并未涉及。因此,本论文基于PCF散射理论体系,研究了开口栅结构的AlGaN/GaN HFET器件以及弧栅结构的AlGaN/GaN HFET器件。将新型结构的AlGaN/GaN HFET器件与常规的方形栅AlGaN/GaN HFET器件特性进行了对比研究,具体研究内容包括:1、开口栅结构对AlGaN/GaN HFET器件阈值电压的影响本论文制备了栅长60 μm、栅宽100 μm、栅源、栅漏间距为6 μm的中央开口栅结构以及常规未开口 AlGaN/GaN HFET器件,开口栅结构AlGaN/GaN HFET器件开口宽度为3μm、4μm、5um。测试得到器件的电流-电压(I-V)输出特性曲线,我们规定单位栅宽电流在10-8A量级时,器件的栅源偏压为阈值电压。我们发现开口栅结构使得器件的阈值电压发生了变化,常规未开口器件的阈值电压为-4.2V,开口宽度为3um、4μm、5 μm开口栅结构器件的阈值电压分别为-5.5V、-7V、-8V。开口栅结构使得器件的阈值电压变得更负,且随着开口宽度的增加,阈值电压也越来越负。GaN功率放大器交流输入信号功率正比栅源偏压变化量ΔVGs和栅源电流变化量ΔIGs的乘积,开口栅结构使得器件的ΔVGs增加,从而有效地增加功率放大器交流信号的输入功率。开口栅结构器件中间开口处没有栅金属,开口处沟道电子电流受到两侧栅金属电压调控,其沟道电流也能降低到10-8A量级。其原因是开口处两侧栅金属栅源偏压越负,栅下的附加极化电荷越多,对开口处沟道电子的PCF散射越强,从而减小沟道电子的迁移率和漂移速度。加之,开口处两侧栅金属栅源负偏压调制栅金属下的AlGaN势垒层应变有可能弛豫到开口处的AlGaN势垒层,使得开口处的沟道电子浓度也受到栅源负偏压一定调制。由此,使得开口处的输出电流随栅源偏压越负电流越低,开口宽度越大,调制开口处电流所需栅金属的负栅偏压越大,从而开口栅结构器件随开口宽度增加,其阈值电压负向增大。PCF散射造成开口处沿栅长不同区域电阻分布不同,PCF散射是库仑散射,开口处沿栅长某一位置点处PCF散射势变化梯度越大,该点处PCF散射越强。开口处沿栅长中心位置相对两侧栅金属下附加极化电荷对称性最强,PCF散射势变化梯度最小,PCF散射最弱,PCF散射对应的电阻最小。开口栅结构开口沿栅长两端相对两侧栅金属下附加极化电荷对称性最弱,开口两侧栅金属下附加极化电荷对栅长两端沟道电子PCF散射势变化梯度最大,PCF散射最强,PCF散射对应的电阻最大。开口栅结构AlGaN/GaN HFET器件开口处沟道电导调制不同于常规场效应晶体管器件,研究确定其沟道电导调制新机理具有重要意义。2、开口栅结构对AlGaN/GaN HFET器件非本征跨导的影响研究了栅长60μm、栅宽100μ m、栅源、栅漏间距为6um的中央开口栅结构以及常规未开口 AlGaN/GaN HFET器件,开口栅结构器件的开口宽度为3 μm、4 μm、5 μm。测试得到器件的转移特性曲线,并微分处理得到各个栅偏压下非本征跨导。我们发现各个栅偏压下开口栅结构器件的非本征跨导比常规未开口器件的非本征跨导大,并且开口栅结构器件随着开口宽度的增加非本征跨导也变大。开口栅结构在一定程度上可以调控器件的非本征跨导。造成开口栅结构器件非本征跨导大的原因是相同栅源偏压下,开口栅结构器件栅下附加极化电荷比常规未开口器件的少,栅下附加极化电荷对栅源沟道电子的散射比较弱,PCF散射对应的栅源通道电阻Rchs(PCF)较小,所以源寄生电阻Rs比较小,因此开口栅结构器件的非本征跨导比较大。调节开口宽度和栅宽比率,可调制开口栅器件跨导数值。对开口栅结构器件进行了等效计算,根据测试得到的开口栅结构器件与常规未开口器件的输出电流,求出了开口处净沟道电流输出特性曲线。以开口宽度3μ m的开口栅结构器件为例,我们将其等效为栅长60μ m、栅宽3μm的器件,结合开口处净沟道电流输出特性曲线,通过载流子低场迁移率计算发现开口宽度3μm的开口栅结构器件各个栅源偏压下的栅下附加极化电荷比常规未开口器件的栅下附加极化电荷少。这表明开口栅结构器件栅金属下AlGaN势垒层与开口处AlGaN势垒层存在应变相互作用,使得开口栅结构器件AlGaN势垒层应变随栅源偏压变化小于常规未开口 AlGaN/GaN HFET AlGaN势垒层应变,从而证明开口栅结构器件对栅源沟道中电子PCF散射比较弱,导致寄生电阻Rs比较小。3、弧栅结构对AlGaN/GaN HFET器件特性的影响制备了栅宽为80 μ m、栅源、栅漏间距为10 μm、最大栅长为84 μm的弧栅AlGaN/GaN HFET结构器件及与弧栅栅面积相等的方形栅器件。结合I-V特性曲线测试和电容-电压(C-V)特性曲线测试,通过理论模型分别计算了各个器件的低场载流子迁移率,计算得到凹弧栅结构的器件等效方形栅结构器件的栅长为60 μm,而该凹弧栅器件其凹弧栅金属面积对应等面积方形栅金属器件的栅长是21 μm;通过低场载流子迁移率计算,凸弧栅结构的器件等效方形栅结构器件的栅长为78 μm,而该凸弧栅器件其凸弧栅金属面积对应等面积方形栅金属器件的栅长是66 μ m;表明凹弧栅和凸弧栅结构对栅下沟道载流子PCF散射强度不同于方形栅器件。结合测试的转移特性曲线,计算分析了弧栅结构器件与方形栅器件的非本征跨导。研究发现弧栅结构的器件与方形栅器件的非本征跨导均上升至峰值且出现下降,弧栅结构器件跨导由峰值处下降的斜率更缓慢。这是由于弧栅结构器件Rs大于对应方形器件的Rs所致,弧栅结构AlGaN/GaN HFET器件非本征跨导变化平缓可提升GaN功率放大器线性特性。