發(fā)布時(shí)間：2024-12-18 23:26

　　第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化鎵（GaN）因臨界擊穿電場(chǎng)高、電子飽和速率大、熱導(dǎo)率高、抗輻射能力強(qiáng)等卓越性能,已成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)界的研究熱點(diǎn)。近年來,GaN材料和器件在射頻/微波、移動(dòng)通信和半導(dǎo)體照明等領(lǐng)域大放異彩,而在電力電子領(lǐng)域,AlGaN/GaN HEMT作為核心代表器件,盡管在材料生長(zhǎng)、工藝制造、器件制作與表征等方面取得了重要突破,但是現(xiàn)階段仍存在諸多技術(shù)難點(diǎn)需要攻克。首先,由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)具有強(qiáng)極化效應(yīng),在異質(zhì)結(jié)界面處存在高濃度的二維電子氣（2DEG）,因此,增強(qiáng)型的實(shí)現(xiàn)一直是業(yè)界重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。其次,目前AlGaN/GaN HEMT的擊穿電壓遠(yuǎn)低于理論極限值,如何提高器件的擊穿電壓也是亟需解決的重點(diǎn)問題之一。最后,GaN功率器件的制造工藝尚未成體系化,開發(fā)一套適合GaN功率器件的制造工藝至關(guān)重要。基于上述科學(xué)問題,通過對(duì)表面清洗、ICP刻蝕以及歐姆接觸等關(guān)鍵制造工藝的開發(fā)與優(yōu)化,本論文提出并研制了兩種新型AlGaN/GaN HEMT功率器件。同時(shí),利用Sentaurus TCAD數(shù)值仿真軟件,提出并優(yōu)化設(shè)計(jì)了兩種空穴氣增強(qiáng)型AlGaN/GaN HEMT。具體創(chuàng)新點(diǎn)如...

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖1-5不同種類的GaN外延片尺寸和成本的關(guān)系[14]

在GaN電力電子領(lǐng)域中,GaN材料的同質(zhì)外延十分困難且成本較高,目前,異質(zhì)襯底上GaN基材料的生長(zhǎng)仍是產(chǎn)業(yè)界的首要選擇[11-13]。常見的幾種異質(zhì)襯底有Si襯底、SiC襯底和藍(lán)寶石襯底。不同異質(zhì)襯底材料的物理特性見表1-2。在異質(zhì)襯底的選擇中,主要考慮以下幾個(gè)方面:異質(zhì)材料之間....

圖2-1不同極性的纖鋅礦型GaN晶體結(jié)構(gòu)。(a)Ga面極性;(b)N面極性[24]

纖鋅礦型GaN屬于六方晶體結(jié)構(gòu),六方晶體的極軸稱為c軸。沿著平行于c軸的方向,N原子和Ga原子交替排列,不同的排列順序會(huì)產(chǎn)生具有不同極性的晶體結(jié)構(gòu),如圖2-1所示[24]。通常,Ga面極性的GaN晶體是通過有機(jī)金屬化合物化學(xué)氣相淀積(MetalOrganicChemical....

圖2-2壓電極化的產(chǎn)生機(jī)理。(a)平衡態(tài);(b)非平衡態(tài)[32]

由于氮元素的電負(fù)性比鎵元素高,且纖鋅礦型GaN晶體結(jié)構(gòu)不具備中心對(duì)稱性,導(dǎo)致正、負(fù)電荷中心不重合,從而沿c軸方向產(chǎn)生自發(fā)極化效應(yīng)(SpontaneousPolarization)[29-30]。根據(jù)當(dāng)前的報(bào)道,纖鋅礦型GaN晶體結(jié)構(gòu)的自發(fā)極化率為0.029C/m2[31]。另外....

圖2-3 AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)導(dǎo)帶及電荷分布圖[36]

自發(fā)極化效應(yīng)和壓電極化效應(yīng)使得在AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面靠近GaN一側(cè)形成三角形勢(shì)阱,高濃度的二維電子氣(2DEG)被束縛在三角形勢(shì)阱內(nèi),因此,2DEG的遷移率顯著提高,如圖2-3所示[36]。此外,AlGaN層的厚度以及Al組分均會(huì)影響2DEG的濃度。隨著AlGaN層厚度....

本文編號(hào)：4017289