氮化镓基MFSFET器件以其非挥发性存储,非破坏性读出,结构简单以及适合在高温大功率环境下应用等优越性赢得了研究人员的广泛关注。若要更好地设计和制备GaN基MFSFET器件,需要深入地理解其电性能与设计参数之间的关系,而到目前为止,一个全面而定量的GaN基MFSFET工作模型尚为欠缺。鉴于此,本论文基于Miller模型,从基本半导体方程出发,通过边界条件引入了铁电栅极化和GaN自发极化电荷的作用,研究分析了GaN基MFSFET器件的电学性能。1、探讨了理想铁电薄膜-GaN界面和该界面处存在钝化层两种情况下,GaN基MFS电容结构P-V和C-V特性,并与实验结果进行了对比,发现由于界面钝化层的非铁电性和低介电常数特性及其分压作用,造成了GaN基MFS结构器件的P-V和C-V特性曲线出现明显的偏移和形变。2、研究了界面钝化层与铁电层厚度之比η和铁电层厚度变化对GaN基MFSFET晶体管的沟道电子浓度,沟道电子迁移率,转移特性及输出特性等电学性能的影响。给出了该器件阈值电压和记忆窗口等器件重要性能指标参数的解析表达式。发现界面钝化层对器件电学性能的影响较铁电层厚度变化的影响更为显著,甚至可以改变器件的导电方式和决定器件的用途。3、详细分析了铁电薄膜材料参数对GaN基MFSFET电学特性的影响,我们发现了一些有用的规律：(1)减小自发极化强度Ps和铁电介电常数εF,增大Pr/Ps比值,减小钝化层厚度tF可以促使铁电薄膜在较低的工作电压下趋近或达到饱和极化状态。增大GaN基MFSFET存储器件中铁电薄膜的EC和tF,器件记忆窗口变宽,但若要保持此刻铁电处于饱和极化状态,则器件的工作电压必须升高。(2)减小只和εF以及增大tF后,GaN基MFSFET器件的漏电流减小Ion/Ioff比值减小。(3)为了使GaN基MFSFET存储器件拥有良好的保持特性,建议确保铁电材料极化处于饱和状态,因而存储器所需最小栅偏压即为铁电栅材料恰好处于饱和极化状态时所需电压。因而为了优化该器件的性能,需要在这些参数之间做些折中。(4)研究了铁电栅长度在0.2μm～4gm范围变化时,GaN MFSFET器件的转移特性变化情况。发现铁电栅长度在大于1μm和小于11μm的两种情况下,GaN基MFSFET器件转移特性变化趋势显著不同,甚至相反。当铁电栅层长度从4μm减小到1μm时,漏极电流和跨导都随沟道变短而减小,然而阈值电压,亚阈值特性没有明显变化；而当铁电栅层长度继续从1μm减小到0.2μm时,该器件的漏极电流和跨导反而随之增大了,阈值电压随之减小。当铁电栅长度大于0.4μm时,GaN MFSFET器件亚阈值特性接近理想值,而长度小于0.4μm时,该器件亚阈值斜率开始增大,亚阈值特性变坏。尤其是当铁电栅长度减小到0.2μm时,亚阈值斜率接近无穷大,导致器件出现反常亚阈值特性,漏极电流最小值竟然高达0.25mA,器件功耗过大,无法有效存储信息。