立方体GaN材料及其异质结输运特性的相关研究

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闪锌矿(立方体) GaN是现在还研究得比较少的材料,它可以应用于增强型器件和光学器件当中。它的一些优良特性应该引起研究人员的关注。它没有纤锌矿GaN强烈的极化电荷。本文以闪锌矿GaN材料为研究对象,对其体结构输运特性、闪锌矿AlGaN/GaN异质结中二维电子气输运特性、闪锌矿GaN HEMT特性进行了不同方法的研究。主要研究内容和成果如下:1用蒙特卡罗方法研究了闪锌矿GaN体结构的输运特性。通过确定电子在所加电场当中的自由飞行时间、对自由飞行的处理、使用随机数的方式决定散射机制、选择散射终态以及分布函数的平均量统计等过程,获得了一个较为收敛的闪锌矿GaN体结构输运特性。电场较低时,电子漂移速度与电场成线性关系,当电场增加,电子漂移速度达到峰值并迅速下降,产生负阻。体结构中电子的迁移率随温度的增加会迅速的减小。2建立了闪锌矿AlGaN/GaN异质结中2DEG的输运模型,主要考虑了声学声子散射、调制掺杂远程杂质散射、合金无序散射、界面粗糙度散射、位错散射等。根据这个模型,我们研究了温度、二维电子气面密度、势垒层中调制杂质掺杂浓度、势垒层厚度、AlGaN势垒层中Al含量百分比对迁移率的影响。对于二维电子气面密度的影响,迁移率曲线随着面密度的增加呈现出先上升后下降趋势,在81011cm-2处出现峰值。在2DEG浓度相同时,温度升高将会降低总迁移率。对于势垒层中Al含量对于迁移率的影响,迁移率随着Al含量x的增加而先增加后减小,在0.3左右出现了迁移率最大值。势垒层中掺杂浓度对迁移率浓度的影响,在1018cm-3到1019cm-3范围内我们得到的结论是随着掺杂浓度增加,迁移率变化不大。3本文为了研究闪锌矿GaN构成器件之后的特性,引入了软件仿真的方法。对闪锌矿GaN构成的高电子迁移率晶体管进行了沟道内电子分布与掺杂浓度关系、沟道中电流与栅压的关系仿真,得到了低掺杂浓度可以导致低二维电子气浓度结论,为制造增强型GaN器件创造了可能。在接下来得到的器件转移特性曲线中看到,我们得到了阈值电压大约为0.4V的增强型闪锌矿GaN HEMT器件。
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