GaN基一维器件设计与工艺

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GaN基高电子迁移率晶体管在高温、高频率和高功率电子工业应用方面表现出了巨大的潜力,引起各国研究机构和公司的关注,并且目前已经取得了一系列的成果。然而GaN基HEMT器件的应用过程中仍然存在着一些问题,如短沟道效应,器件的强的非线性度,以及增强型器件难以获得等,这些问题制约着GaN基HEMT器件应用和性能的进一步提升。本论文的工作主要是研究新型结构的GaN基一维沟道器件,以获得相对于常规GaN基HEMT更好的电学性能。  本论文主要研究GaN基一维沟道器件,包括器件仿真、制备工艺流程和测试结果分析。GaN基一维沟道器件的栅极结构为环栅,即栅金属从三面覆盖AlGaN/GaN异质结的导电沟道。通过仿真发现随着势垒层Al组份的增加,顶栅肖特基势垒高度逐渐增加,并且肖特基势垒高度与Al组份满足线性关系,而侧栅与GaN基础的肖特基势垒高度始终为0.89eV。同时,通过仿真发现,环栅器件相比于顶栅器件,由于侧壁金半接触耗尽二维电子气,以及侧壁栅电压在一定程度上耗尽沟道中的二维电子气,致使阈值电压向正方向漂移;通过仿真不同高度的侧壁栅金属的器件的转移特性曲线,验证了上述结论。同时,由于采用环栅结构,提高了器件的栅极控制能力,所以器件的峰值跨导增加,相对于常规器件,GaN基一维沟道器件有较好的线性度。  通过仿真和实验发现,随着纳米沟道宽度Wfin的减小,器件的阈值电压逐渐正漂、峰值跨导逐渐增大以及亚阈值摆幅逐渐减小,这是由于随着沟道宽度Wfin的减小,耗尽区所占沟道宽度的比例逐渐增大,并且侧栅的电压所产生的横向电场对沟道中的2DEG影响逐渐增大。随着纳米沟道长度Lfin的减小,器件的阈值电压轻微的正漂,峰值跨导逐渐增大。这是由于随着沟道Lfin的减小,器件的沟道通路电阻逐渐减小的缘故。随着GaN基一维沟道器件栅长Lg的减小,阈值电压逐渐负漂,峰值跨导减小,这是由于栅极与半导体的接触面积减小,所以对纳米沟道中的二维电子气的控制减弱。  本文还优化了欧姆接触特性,即我们通过ICP低损伤刻蚀,减薄欧姆区域的AlGaN势垒层,在对2DEG的损伤比较小的情况下,增加了电子的隧穿几率,从而减小欧姆接触电阻和比接触电阻率,提高欧姆接触的质量。  本文得到的上述结论为今后GaN基HEMT器件的研究提供理论指导。
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