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随着电子信息产业的发展和世界范围内对环境问题、能源问题的关注,电子信息系统需要器件能以更低的能耗、更小的体积、更快的速度运行,导致了电子元器件的发展趋势是集成化、微型化。在电子元器件中,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)是近来研究的热点,在数字电路等领域,需要设计增强型AlGaN/GaN HEMT,本文使用LiNbO3(LN)铁电薄膜作为栅介质层实现LN/AlGaN/GaN结构的增强型HEMT。HEMT在单片集成电路和高速数字集成电路领域中非常有竞争力,其同时具有优异的功率性能和低噪声性能,而AlGaN/GaN异质结是目前为止HEMT器件中最重要的材料体系。与Si基及GaAs基器件相比,AlGaN/GaN HEMT的输出功率可以提高一个量级。在高频开关、数字电路领域,增强型HEMT可以降低电路的成本和复杂性,提高电路的安全性,简化电路结构。LN是一种具有优良表面声波性质的铁电材料,其自发极化可以对AlGaN/GaN半导体异质结中的2DEG进行消耗,以实现增强型HEMT。LN非常适合与GaN类半导体集成,一是LN具有与GaN类半导体相似的晶格结构;二是LN晶体具有很大的自发极化强度,达到70-80μC/cm2;三是LN晶体仅具有180°电畴结构,是一维铁电体材料,仅在c轴方向上具有铁电极化,有利于增强LN对AlGaN/GaN半导体异质结中载流子的消耗作用。本文对GaN基片上LN薄膜的生长工艺进行了探索,并设计了HEMT器件结构,使用掩膜层刻蚀栅极图形制作器件,成功实现了增强型LN/AlGaN/GaN HEMT。1.探索出了使用脉冲激光沉积(PLD)生长LN薄膜的优化工艺参数,调整了实验中的脉冲激光能量,脉冲激光频率,生长温度,氧气压和薄膜厚度等工艺参数,得到了结晶质量良好、在GaN基片上外延生长的LN薄膜,LN薄膜与GaN的外延关系为[10-10]LN//[1-2-10]GaN,[1-100]LN//[11-20]GaN。各项测试显示LN/GaN集成薄膜具有良好的质量。2.分析HEMT器件各结构隔离效果之后,使用隔离效果良好且工艺复杂度适中的环形栅作为栅极结构。3.使用电子束蒸发生长出了源漏欧姆电极,电极使用四层金属结构:Ti(20nm)/Al(50nm)/Ti(40nm)/Au(100nm),之后对基片进行快速退火处理,N2气氛中850℃退火30s。4.为了解决光刻胶无法刻蚀LN薄膜的问题,设计使用掩膜层图形化栅极区域。使用MgO材料作为刻蚀栅极图形的掩膜层。实验中为了便于刻蚀MgO掩膜,使用了双层光刻胶工艺制作出了1.2μm厚的正性光刻胶,并探索出了PLD生长MgO薄膜的优化工艺条件:气压2Pa,脉冲激光能量100mJ,脉冲激光频率2Hz,生长时间3h,薄膜厚度400nm。5.制作出了LN/AlGaN/GaN HEMT器件,器件结构良好,图形完整,阀值电压(Vth)为+1.3V,成功实现了增强型器件,源漏电流(Id)峰值为30mA/mm,跨导(Gm)峰值为80mS/mm。