一、非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT（论文文献综述）
姜光远[1]（2021）在《GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究》文中进行了进一步梳理GaN 基异质结场效应晶体管（GaN-Based heterostructure field effect transistors,GaN-Based HFETs）是新一代半导体器件的杰出代表,由于其具有高电子迁移率、高临界击穿电场等优越性能,在高频、大功率领域具有广阔应用前景,是支撑下一代无线通讯、航空航天、新能源汽车等高新技术产业的核心电子元器件,契合国家重大战略需求,有利于国家产业自主创新发展和转型升级,具有重要的研究价值。经过近三十年发展,对GaN-Based HFETs相关物理机制的认识逐渐加深,对GaN-Based HFETs材料和器件结构、制备工艺等进行了长期的探索,器件性能得到了大幅提升,商业化进程不断加快,目前,在部分领域,已经推出了商业化的芯片产品。但是,当前也存在制约进一步商业化应用的因素:强极化效应、表面态问题和电流崩塌等对GaN-Based HFETs可靠性产生重要影响,还有增强型GaN-Based HFETs技术不够成熟,这些都亟需进一步解决。加之,GaN-Based HFETs依然有很多问题需要进一步深入研究。例如:极化库仑场（polarization Coulomb field,PCF）理论与GaN-Based HFETs器件性能关联关系的进一步深入研究,主要包括:器件势垒层优化和增强型器件性能与PCF散射关联关系等。这些研究对于明确GaN-Based HFETs器件物理机制,进一步提升GaN-Based HFETs器件性能具有重要意义。强极化效应是GaN材料区别于其它半导体材料的重要特征,其对GaN-Based HFETs性能产生了重要影响。无需掺杂,GaN-Based HFETs异质结界面就可以产生～1×1013cm-2 的二维电子气（two-dimensional electron gas,2DEG）。PCF 散射是与GaN-Based HFETs中强极化效应紧密相关的一种散射机制,它是由势垒层应变分布不均匀产生微扰散射势对电子散射引起。自从该散射提出以来,从器件工艺、器件尺寸等方面进行了大量研究,研究表明,PCF散射对器件性能和可靠性会产生重要影响。然而,对于PCF散射,理论模型有待进一步完善。器件势垒层优化是提高器件性能的重要途径,AlGaN/GaN HFETs的AlGaN势垒层Al组分和厚度改变会对AlGaN势垒层强极化效应产生影响,由此,影响AlGaN/GaN HFETs器件性能,这些影响因素与PCF散射的关联关系亟需明确。此外,随着GaN-Based HFETs在超高频领域的发展,需要对器件尺寸进行缩放,为了保持大的纵横比,避免出现短沟道效应,以超薄AlN作为势垒层的AlN/GaNHFETs出现,该结构成为GaN-Based HFETs在超高频领域应用非常有前途的器件结构之一。AlN材料极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射关联关系是一个需要研究的重要问题。另外,由于AlGaN/GaN异质结存高密度的2DEG,常规AlGaN/GaN HFETs是耗尽型（depletion mode,D-模）器件,在功率转换应用中,电源转换器开启时,功率器件的栅极必须施加负栅偏压,保持器件通道的关断,否则,器件会短路。因此,要实现功率转换系统结构简单、低功耗和低成本的要求,需要采用增强型（enhanced mode,E-模）器件。P-GaN/AlGaN/GaNHFETs 被认为是最具商业化应用潜力的实现增强型器件的方法。PCF散射对P-GaN/AlGaN/GaN HFETs器件性能的影响还从未有过研究报道。本文从以上问题出发,将PCF散射与当前GaN-Based HFETs面临问题相结合,首先研究了 PCF散射的电子体系,进一步完善和发展了 PCF散射理论模型。再基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs AlGaN势垒层Al组分和厚度与PCF散射的关联关系,为势垒层优化提供了新的思路。又对具有超薄AlN势垒层的AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系进行分析研究。最后对P-GaN/AlGaN/GaNHFETs中PCF散射对器件电学性能的影响机制进行研究,首次发现PCF散射引起的增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻（Rs）的栅极偏置依赖性。通过本文研究,力图通过完善和发展PCF散射理论,深入理解GaN-Based HFETs中强极化效应与器件性能相互作用的相关机理,为提高器件可靠性,优化器件电学性能提供新的理论依据。具体内容如下:1.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究对AlGaN/GaN HFETs中PCF散射的电子体系进行研究。制备了栅长为200nm、100nm和30nm,栅-源间距为1μm,栅宽为40×2μm的AlGaN/GaN HFETs。针对当前PCF散射基态哈密顿量选取原则不明确的问题,采取把栅-源、栅下和栅-漏区域2DEG看作三个独立电子体系和漏-源沟道2DEG看作统一电子体系两种不同计算PCF散射的方法分析计算上述三个不同栅长AlGaN/GaN HFETs器件,对应两种不同的方法选取不同的基态哈密顿量,结合测试得到的制备器件的电流-电压（I-V）数据,通过自洽迭代的方法计算得到栅下电子迁移率和附加极化电荷。从附加极化电荷角度分析两种方法哪种更合理。由于栅下区域2DEG会随着栅偏压的减小（栅偏压减小对应栅偏压负偏压增大）而降低,而把漏-源沟道2DEG看作统一电子体系的方法在计算过程中不能够考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,基态波函数中使用的是栅偏压为0V时的2DEG密度,这就使2DEG密度被高估,影响计算结果准确性,在栅长越大和栅偏压越小的情况下产生的影响越大。而把漏-源沟道2DEG划分为三个电子体系,栅-源电子体系、栅下电子体系和栅-漏电子体系,计算每个电子体系的PCF散射时,以该体系的极化电荷作为基准,其他两个体系极化电荷与基准极化电荷的差值作为附加散射势产生对该体系电子的PCF散射,这就可以在计算过程中充分考虑栅下2DEG密度随栅偏压的变化,更能真实反应PCF散射机制,使计算结果准确,该成果完善了 PCF散射理论。2.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层Al组分为0.17和0.26的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的双指栅AlGaN/GaNHFETs,器件栅长为0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.5μm,栅宽为40×2μm。通过实验测试得到电流-电压（I-V）和电容-电压（C-V）数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。通过对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度的综合分析,发现增加AlGaN势垒层Al组分会导致栅下附加极化电荷和2DEG密度都增加,这两种因素都会对PCF散射强度产生重要影响。更多的栅下附加极化电荷产生更强的PCF散射势,因此,这个因素会增强PCF散射;然而,PCF散射是一种对2DEG密度很敏感的库仑散射,2DEG密度越高,AlGaN/GaN异质结三角形量子阱更深,量子限制效应强,电子动能更大,PCF散射势对2DEG的散射作用减弱,而且2DEG密度高时,较强的库仑屏蔽效应也会减弱PCF散射强度。所以,更大的2DEG密度会削弱PCF散射。栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的贡献是相反的。对于本文研究的样品,2DEG密度增加对PCF散射的影响大于栅下附加极化电荷增多产生的影响。可以推断,PCF散射强度随Al组分的增加而增加或减少,这取决于栅下附加极化电荷和2DEG密度对PCF散射的影响谁占主导地位。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层Al组分与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层中的Al组分、根据不同需要调整PCF散射强度提供了新思路。该成果有益于AlGaN/GaNHFETs材料和器件结构优化。3.AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究基于PCF散射理论,研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系。在AlGaN势垒层厚度为15.5nm、19.3nm和24.7nm的AlGaN/GaN异质结材料上制备了相同尺寸的AlGaN/GaN HFETs,器件栅长为4μm,栅-源（栅-漏）间距为10μm,栅宽为70μm。利用实验测试得到的I-V和C-V数据,基于PCF散射理论模型计算得到栅下附加极化电荷和电子迁移率。对栅下附加极化电荷、电子迁移率和2DEG密度进行综合分析,发现AlGaN势垒层厚度较厚的样品,当栅极施加相同栅偏压时,栅下势垒层中电场强度更小,栅下势垒层逆压电效应更弱,所以导致栅下产生更少的附加极化电荷,更少的附加极化电荷对应更弱的PCF散射势;而且,AlGaN势垒层厚度较厚的样品2DEG密度更高,更高的2DEG密度也会使PCF散射强度减弱。所以,AlGaN势垒层厚度的增加会使栅下附加极化电荷减少和2DEG密度增加,这两个因素都会减弱PCF散射强度。可以推断,AlGaN势垒层越厚,PCF散射越弱（不发生应变弛豫的情况下）。因此,可以通过增加势垒层厚度来降低PCF散射强度。本研究确定了 AlGaN/GaN HFETs中AlGaN势垒层厚度与PCF散射的关联关系,并为优化AlGaN势垒层厚度,抑制PCF散射强度提供了新思路。该成果也有益于AlGaN/GaN HFETs材料和器件结构优化。4.AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系研究研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系。在具有超薄势垒层的AlN/GaN异质结材料上制备了亚微米T型栅AlN/GaN HFETs,器件栅长为0.5μm和0.6μm,栅-源（栅-漏）间距为1.7μm,栅宽为40×2μm。基于PCF散射理论计算了两样品附加极化电荷和电子迁移率。一方面,由于AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅极施加栅偏压后,势垒层中电场强度很强,且AlN材料压电系数大,因此,逆压电效应很强。栅下产生大量附加极化电荷,这会产生较大的PCF散射势,从而增强PCF散射。然而,栅偏压引起的逆压电效应不能使AlN势垒层无限应变,随着栅偏压的减小,附加极化电荷会出现饱和现象。另一方面,AlN/GaN HFETs的AlN势垒层非常薄,栅下2DEG密度更容易被施加的负栅偏压耗尽。随着栅偏压的减小,栅下2DEG密度迅速降低。2DEG密度的减少将使附加散射势对2DEG的散射效果增强,从而使PCF散射强度增大。本研究确定了 AlN/GaN HFETs中AlN势垒层极强的极化效应和超薄的厚度与PCF散射的关联关系,为AlN/GaN HFETs材料和器件结构优化提供新的理论依据。5.极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究在Si（111）衬底的P-GaN/AlGaN/GaN异质结材料上制备了不同器件尺寸的增强型（E 模）P-GaN/AlGaN/GaN HFETs,针对 PCF 散射对增强型 P-GaN/AlGaN/GaNHFETs寄生源电阻（Rs）的影响机制进行了研究。通过栅探针法（gate-probe method）测试得到每个样品不同栅偏压对应的Rs,发现Rs随栅偏压有明显变化,不同器件尺寸样品的Rs随栅偏压的变化也不同。分析表明Rs的变化由栅-源区域电子迁移率决定。器件工艺和栅偏压引起的附加极化电荷产生附加微扰势对栅-源区域电子具有PCF散射作用。器件尺寸和栅偏压影响PCF散射强度,进而引起不同尺寸器件的栅-源区域电子迁移率不同以及相同尺寸器件在不同栅偏压下栅-源区域电子迁移率也不同。本文研究首次发现PCF散射引起增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs栅极偏置依赖性,为深入研究增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs的Rs,优化器件性能提供了新的理论依据。
周雁[2]（2021）在《基于ASM-HEMT紧凑型模型的AlGaN/GaN HEMT器件建模研究》文中提出AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）及其模型在过去的几十年中一直是学术研究和工业应用的焦点。首要原因是它具有电荷密度大、电子迁移率高、击穿场强高等特性,其次,由于AlGaN/GaN异质结中极化效应（压电极化和自发极化）的存在,因此AlGaN层无需掺杂,就可在异质结界面处形成具有上述特性的的二维电子气（2DEG）。为了尽快将AlGaN/GaN HEMT器件的这些优秀特性应用到工业领域,就需要对基于AlGaN/GaN HEMT器件的电路进行精确、快速的仿真,仿真的准确性和收敛性在很大程度上取决于用于AlGaN/GaN HEMT器件的紧凑型模型。ASM-HEMT模型是紧凑型模型理事会（CMC）认证的物理基紧凑型模型,该模型以器件的表面势和2DEG面密度的关系为突破口,推导出漏极电流以及各个端口本征电荷的表达式,接着再将器件各种真实物理效应考虑进来推导出更加精确的漏极电流表达式和本征电荷表达式。本文从ASM-HEMT模型出发,分别对ASM-HEMT模型参数提取、栅下沟道2DEG迁移率影响机制和器件建模及GaN基A类功率放大器性能仿真开展了深入研究,具体内容如下:1.针对AlGaN/GaN HEMT器件的ASM-HEMT模型参数提取。针对课题组制作的小尺寸AlGaN/GaN HEMT器件,在业内率先使用BSIMProPlus半导体器件提参及建模EDA软件和ASM-HEMT紧凑型模型,完成相关的的模型参数提取。仿真结果表明,测试数据和仿真数据具有很好的一致性,说明了提取的模型参数具有合理性。2.AlGaN/GaN HEMT器件的栅下2DEG迁移率研究。ASM-HEMT模型对AlGaN/GaN HEMT器件栅下沟道2DEG有效迁移率的建模公式发展于针对金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件建模的BSIM3模型的建模公式,该建模公式的物理解释仅考虑了声子散射、界面粗糙散射和库仑散射,由于在MOSFET中库仑散射仅在载流子密度较低时占主导作用,当载流子密度较高时忽略不计,因此BSIM3模型的有效迁移率建模公式并没有考虑库仑散射,而在后续的BSIM4模型中,用户可以将模型开关MOBMOD设置为其他值来将库仑散射包含进建模公式。而ASM-HEMT模型中没有类似的模型开关,而是直接采用的典型有效迁移率建模公式,这导致没有将库仑散射考虑进去。而AlGaN/GaN HEMT存在很强的极化效应,且与MOSFET有诸多不同,故不考虑库仑散射的建模公式是不完善的。极化库仑场（PCF）散射经大量实践证明,在AlGaN/GaN HEMT器件中,它显着影响2DEG迁移率,因此PCF散射应该被包含进建模公式中,使得模型更具物理意义。本文采用了自洽迭代的方法计算了三个不同栅长的样品的栅下2DEG迁移率,并与ASM-HEMT模型得出的同样样品的栅下2DEG迁移率作比较,分析得出PCF散射是造成二者栅下2DEG迁移率不同的主要原因,从而进一步表明没有包含PCF散射的ASM-HEMT模型用于AlGaN/GaN HEMT器件建模是不完善的,需要补充PCF散射来完善ASM-HEMT 模型。3.器件建模及GaN基A类功率放大器性能仿真。ASM-HEMT模型参数提取后仅能得到被测件（DUT）的模型,然而实际器件会有焊盘（PAD）,通常工作频率越高,寄生效应越复杂,所以需要进行去嵌来将电参考平面移动到DUT上。然后,利用keysight的ADS电路仿真软件进行GaN基A类功率放大器性能仿真,得到器件的性能参数。
武庆智[3]（2021）在《宽禁带半导体微波器件机理及其模型研究》文中提出随着国防武器装备和社会生产生活的科技化与信息化程度越来越高,电子信息技术产业在近几十年呈现迅速发展态势,尤其随着新一代5G通讯和装备信息化时代的到来,对射频功率器件性能提出了更高的要求。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）和金刚石（Diamond）等材料为代表的第三代宽禁带半导体材料是近些年微波功率器件得以在高性能和小型化方面快速发展的重要基础,其中尤以GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）最具代表性。但由于GaN HEMT器件工作过程中存在较为复杂的物理效应,对其工作机理和特性表征方面的研究仍需继续。器件模型作为连接器件制备工艺和电路设计开发的桥梁,是深入研究GaN HEMT器件工作机理的重要手段。目前已开发出的经验基等效电路模型（紧凑模型）普遍存在拟合参数较多、参数提取困难和物理意义不明确、难以关联器件工艺等问题。且随着新材料和新结构的出现,经验模型也不便于将多种物理效应进行嵌入和表征,不利于后续模型随工艺线升级而更新换代,而物理基紧凑模型可以较好地解决上述问题。因此,本文围绕AlGaN/GaN HEMT器件,从器件半导体理论出发,建立了物理含义明晰、能够准确表征器件特性且能够用于电路设计的物理基紧凑模型。并深入研究器件热效应及力电效应,分别针对金刚石基GaN HEMT器件和柔性AlGaN/AlN/GaN HEMT器件建立了物理解析热电耦合模型和力电耦合模型。主要研究内容包括:（1）费米势Ef与二维电子气密度ns解析模型研究。针对现有物理模型存在的模型方程连续性差、计算量大以及难以集成进紧凑模型进行电路设计应用等问题,本文提出了一种准确计算费米势和2DEG（two-dimensional electron gas）密度的解析建模方法。首先通过研究三角势阱中二维电子气形成机理,分区域推导得到了Ef和ns在各工作区域中关于偏置栅压的解析表达式。然后引入区域过渡函数,建立了全域内连续、统一的Ef和ns解析模型。通过与数值计算结果进行对比验证,表明解析模型与数值解吻合度达到98%,且具备良好连续性,为后续建立器件物理基大信号模型奠定基础。（2）基于表面势的GaN HEMT物理基大信号模型研究。针对经验基等效电路模型拟合参数较多、参数提取难度大和参数缺乏物理意义等问题,以及传统表面势模型迭代计算量大、方程为隐性表达式难以嵌入电路设计的缺陷,本文提出了一种基于表面势的物理基大信号紧凑模型建模方法。基于表面势推导得到了连续可导的电流-电压（I-V）和电荷/电容-电压（Q/C-V）特性方程,实现了自热效应、陷阱效应、载流子速率饱和与击穿等物理效应的准确解析建模。结合分区域缩放原则,最终建立了具有缩放特性的物理基大信号紧凑模型。通过与X波段国产0.25μm工艺不同栅宽器件进行对比验证,结果表明模型具备良好的连续性和对称性,能够准确模拟器件直流、S参数、大信号功率、效率和高次谐波等特性,模型的输出功率和功率附加效率精度均大于94%,满足电路设计要求。本文提出的模型与Angelov经验基模型相比拟合参数数量减少47%,与最新报道的准物理基区域划分模型相比参数数量减少24%,且具有物理效应更易嵌入的优点。（3）金刚石基GaN HEMT器件热效应及其紧凑模型研究。针对现有GaN HEMT器件热模型因忽略界面热阻或简单将其采用定值代替而造成的结温预估不准确问题,本文基于有限元分析方法建立了一种可准确反映器件沟道结温的三维热仿真模型,并采用物理意义明确的物理解析方法实现键合层热效应Radh表征。将所提取的与结构尺寸、材料参数和耗散功率相关的解析热阻模型嵌入到大信号模型中,最终实现了大信号热电耦合模型建立。与红外热成像测试数据对比表明热模型精度达到97%,仿真精度提高10%,大信号热电模型输出功率和效率精度均大于95%。通过衬底转移前后器件特性对比分析和沟道结温影响因素分析,表明该模型既可用于研究工艺参数与器件热特性之间的关系,也可用于分析金刚石衬底引入的作用机理及对大信号特性的影响。（4）柔性GaN HEMT器件物理解析力电耦合模型研究。现有柔性GaN HEMT器件应力模型大多为三维有限元仿真模型,难以嵌入电路仿真软件中对功率特性进行研究。少数解析模型也仅停留在电流模型的定性分析层面,且无法对相同应变状态下器件应变特性相反的现象进行解释。基于以上问题,本文提出了一种针对柔性GaN HEMT器件的力电耦合模型。在二维电子气密度方程推导过程中引入应变参量,综合考虑了压电极化效应、肖特基势垒高度、能带结构和表面态密度等因素对器件应变特性的影响。模型能够准确预测器件在不同应变状态下的输出特性,同时可用来解释GaN HEMT器件在相同应变状态下展现出相反的应变特性这一现象,具备更好的适用性。通过所制备的0.25μm工艺Parylene衬底柔性AlGaN/AlN/GaN HEMT器件验证表明,模型可准确描述器件不同应变状态下的阈值电压、电子气密度、电流和输出功率等特性,输出功率和功率附加效率的精度均大于96%。该模型对于深入了解GaN HEMT器件应变特性,并对通过应变工程改善器件工艺、提高器件性能具有指导意义。
赵正平[4]（2014）在《GaN功率开关器件的发展与微尺度功率变换》文中提出GaN材料具有高的击穿场强、高的载流子饱和速度和能形成高迁移率、高密度的二维电子气,使得GaN功率开关器件具有关断电压高、导通电阻小、工作频率高等特点。GaN功率开关器件将成为高效率与超高频（UHF）电力电子学发展的重要基础之一。综述了GaN功率开关器件的发展历程、现状、关键技术突破、应用研究和微功率变换集成。重点评估了常开和常关两类GaN功率开关器件的异质结外延材料的结构、器件结构优化、器件的关键工艺、增强型器件的形成技术、器件性能、可靠性、应用特点和微系统集成。最后总结了新世纪以来GaN新一代电力电子器件技术进步的亮点。
艾君[5]（2011）在《AlGaN/GaN HEMT功率器件测试及封装技术研究》文中认为近年来,随着半导体技术的飞快发展,以及材料生长技术的突破,氮化镓（GaN）作为第三代半导体,已逐渐显示出其优势,二维电子气密度大和饱和电子迁移率高等,基于氮化镓（GaN）的研究也越来越多。在通信、雷达等微波领域,对微波功率器件的性能要求也越来越高,基于宽禁带半导体材料氮化镓（GaN）的微波功率器件正在成为研究热点。本文就是在此研究背景下对AlGaN/GaN异质结微波功率器件的材料制备以及器件工艺进行了阐述,对GaN功率器件的基本特性,包括:直流特性,电流崩塌,击穿电压等进行了分析和表征。在此基础上着重对氮化镓（GaN）功率器件的微波特性测试进行了介绍,这其中包括:在片测试、分离器件测试、小信号测试、大信号测试、负载牵引（Load Pull）测试等,从测试原理,测试方案,到测试系统进行了详细的分析。由于分离器件的小信号测试和大信号测试并没有可以直接采用的定制方案,所以本文设计了用于3.7-4.2GHz的测试夹具。虽然采用SOLT同轴校准测试简单,但是随着频率的逐渐提高,测试夹具的影响已经不能忽略,所以本文考虑利用TRL校准方法。根据矢网的误差模型,设计了0-6GHz的TRL校准件,包括:直通（Thru）、短路（Short）、断路（Open）、负载（Load）、延迟线（Delay Line）。利用此校准件对GaN HEMT 9mm器件进行了TRL校准测试,增益S21为7.4dB,比同轴校准测试结果6.6dB要高。可以发现在4GHz时TRL校准测试消除了一部分夹具损耗,且对直通件进行评估发现,测量参考面确实移动到了被测件附近。另外,本文也设计了可拆卸的夹具,用于去嵌入测试,但是对半夹具测试后,发现损耗比直通件要大很多,这说明实际中很难得到半夹具的准确S参数。最后,利用管壳的电路模型进行仿真,对QF051管壳的寄生参数进行提取,仿真得到其4GHz时的S11,且其结果与TRL校准实测相差不大,但与同轴校准测试相差很大,这进一步说明TRL校准测试确实更加准确。
李婷婷[6]（2011）在《AlGaN/GaN HEMT退化机制及抑制方法》文中提出GaN半导体材料具有禁带宽度大、电子饱和速度高、导热性能好等优点,在高温、大功率、微波器件领域拥有很大发展潜力。A1GaN/GaN HEMT作为GaN基微电子器件的代表,可广泛应用航天等领域。由于器件长时间工作在高偏置和空间辐射环境下,器件的可靠性问题值得关注。本论文以新型AlGaN/GaN HEMT的电应力退化机制和质子辐射损伤退化机制为研究内容,从实验和理论两方面开展了系统深入的研究。本文首先对AlGaN/GaN HEMT电应力下退化机制进行分析,对三种主要的电应力退化现象,如沟道热电子注入、栅极电子注入和逆压电效应等,设计并开展了独立的实验研究,对其退化机制进行深入剖析。对于沟道热电子注入模型的分析采用栅悬空应力实验,即将栅极悬空,只在源漏两极间长时间施加电压,可以得到热电子注入独立作用的退化现象;对栅极电子注入模型的分析则采用源悬空应力实验,即将源极悬空,只在栅漏两极间长时间施加电压,可以得到栅极电子注入独立作用的退化现象;最后对逆压电效应模型采用短时间阶梯式应力实验,对栅漏电压进行逐步增大,每步持续时间短,可以得到逆压电效应独立作用的退化现象。在退化机制分析的基础上,研究了器件退化抑制方法。然后研究了AlGaN/GaN HEMT质子辐照效应的退化机制,对器件进行质子辐照实验,对比辐照前后IV特性,在高注量下输出曲线发生较严重的退化,分析得出退化机理是质子辐照感生受主缺陷。之后对器件进行抗辐照加固,采用AlGaN缓冲层的GaN HEMT器件,一方面提高缓冲层材料的位移阈能,增强器件的抗辐照能力,降低缓冲层中受主缺陷的产生概率;另一方面通过提高缓冲层势垒高度,增加了沟道热电子注入缓冲层的难度,也有利于抗辐照能力的提高。最后对加固处理的器件再次进行质子辐照实验,辐照前后结果对比证明了加固方案的可行性。
于惠游[7]（2011）在《薄势垒增强型器件的制备与特性分析》文中研究说明尽管AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率特性方面取得很大的进步,因为缺少p型沟道的AlGaN/GaN HEMTs,类似CMOS的电路组成不能实现。通常AlGaN/GaNHEMTs的阈值电压依赖于外延层的结构设计,如Al组分大小,Si掺杂的浓度,AlGaN势垒层的厚度等。在器件制备过程中调制阈值电压的方法给增强型器件制备和电路应用带来极大的方便。因此本文提出以薄势垒结构的材料制备增强型器件,并结合F等离子体处理的方法,并取得了较为理想的结果。首先对不同势垒厚度的器件结合材料特性进行对比分析。发现虽然薄势垒材料的2DEG的浓度较低,但具有较高的迁移率,因此薄势垒结构器件具有较好的直流特性,尤其是跨导较大。为制备增强型器件提供了较好的材料基础。其次本文完成了薄势垒F注入增强型HEMT的制备,并对增强型和耗尽型器件特性做了对比分析。未作F等离子体处理的器件阈值电压为-1.7V,等离子体处理后器件阈值电压为1.3V,实现增强型。发现与耗尽型器件相比,增强型器件有较小的栅漏电,但电流和跨导有很大的降低,认为是等离子体处理过程中有刻蚀损伤。为进一步提高增强型器件的性能,本文对增强型和耗尽型器件进行了不同温度的退火处理。发现退火后,增强型器件特性有较大的提高,而耗尽型器件特性变化不大,认为退火可以有效地恢复增强型器件等离子体诱导的损伤。退火后增强型器件栅漏电不变,F等离子体处理后可能会引入一个绝缘的表面层可以抑制隧穿电流。
杜江锋[8]（2010）在《X波段AlGaN/GaN HEMT器件物理与相关实验研究》文中研究指明具有高温、高频和大输出功率能力的宽禁带AlGaN/GaN HEMT器件已成为国内外研究的热点课题。由于异质外延生长的AlGaN/GaN HEMT材料存在晶格和热失配问题,特别是GaN基异质结器件存在很强的自发极化和压电极化效应,从而导致器件中存在许多物理效应的作用机制仍不明确,而相关的实验如材料表征、应变分析、离子注入掺杂、欧姆接触和电流崩塌等仍然存在许多科学问题需要进一步深入研究。本论文围绕X波段AlGaN/GaN HEMT所涉及的器件物理和相关实验等科学技术问题开展了基础研究,取得的主要研究结论如下。1、基于对AlGaN/GaN HEMT自发极化和压电极化效应的研究,导出了异质结中的极化强度和晶格常数及弹性系数之间的关系;利用电中性平衡原理,建立了非故意掺杂AlGaN/GaN HEMT器件结构中极化面电荷密度和2DEG之间的物理模型。2、应用高分辨X射线衍射技术（HRXRD）的GaN材料晶格参数精确测量方法,深入研究了GaN基异质结构材料水平和垂直方向的应变情况;同时利用Williamson-Hall方法测量了外延材料的镶嵌结构参数,明确了材料中存在的位错类型,对螺位错和刃位错的位错密度进行了精确计算,获得总的位错密度为109cm-2量级。3、通过Si离子注入GaN材料的掺杂实验,在较低温度下（<1100°C）利用快速热退火技术实现了GaN的重掺杂目的,为制作高质量欧姆接触提供了新的技术途径。研究表明,当注入能量100keV和注入剂量1016cm-2的样品在1100°C快速热退火处理后可实现重掺杂,其载流子面密度为2×1015cm-2、方块电阻100Ω/□,而穿透位错密度降低至1.55×109cm-2。同时,利用光致发光PL谱测试发现了能量分别为2.61eV与2.67eV蓝光发光（BL）谱线,这与前人研究的结果有所不同。进一步研究表明,2.61eV蓝光BL发光是由施主能级ON到深受主复合能级VGa-SiGa的跃迁发光产生的,而2.67eV BL带发光是由20meV左右的SiGa浅施主能级向VGa-ON复合深受主能级之间电子跃迁辐射发光所产生。4、在非故意掺杂GaN上实现了低比接触电阻率的高质量多层金属欧姆接触。采用Ti（15nm）/Al（220nm）/Ni（40nm）/Au（50nm）四层金属在非故意掺杂GaN上进行欧姆接触实验研究,在N2气氛中经温度900°C快速热退火1min后获得了最低的比接触电阻率为1.26×10-7Ω·cm2。经XRD和俄歇能谱剖面分析结果表明,Ti和Al之间反应形成低功函数AlTi金属相可降低势垒高度,同时氮（N）的析出与Ti之间会形成低电阻低功函数的TiN金属相,导致在GaN导带边缘能级位置以n型施主态存在大量N空位,使金属与n-GaN界面处产生重掺杂效果,导致势垒宽度变薄有利于形成高质量的欧姆接触。5、基于虚栅模型解释GaN HEMT电流崩塌效应的产生机理;为尽量降低自热效应特别设计制作了栅宽10μm的AlGaN/GaN HEMT器件进行电流崩塌实验,建立了脉冲条件下电流崩塌实验新方法。研究指出,脉冲频率和宽度变化均会导致器件呈现不同程度的电流崩塌效应,与器件表面态中电子的俘获和释放机制密切相关。并通过优化设计场板结构器件参数,从而降低了沟道电子峰值温度达到抑制电流崩塌目的。实验还发现,钝化后GaN HEMT电流崩塌量降低至仅4.7%。6、优化设计影响频率和功率特性的器件结构和关键工艺参数,研发了有和无台面隔离的器件版图和工艺流程,制作了具有优良频率和功率性能的X波段AlGaN/GaN HEMT器件。研究结果表明,半绝缘SiC衬底上0.25μm栅长、100μm栅宽的AlGaN/GaN HEMT器件,在零栅压下源漏饱和电流为1112mA/mm,跨导250mS/mm;截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为41.5GHz和108GHz;采用负载-牵引（Load Pull）方法在栅源电压-3.2V、源漏电压28V和8GHz连续波条件下测试,获得器件的输出功率密度是5.62W/mm、增益7.49dB、功率附加效率31%。同时,总栅宽3mm的AlGaN/GaN HEMT器件经管壳封装后测试,其源漏饱和电流为2.5A,跨导660mS;在频率8GHz、栅压-2.5V和源漏电压40V偏置条件下,器件最大输出功率达15.85W,增益6.95dB,功率附加效率36%。
王中旭[9]（2010）在《GaN微波及THz功率器件设计与工艺研究》文中提出本文从GaN基大栅宽HEMT器件的生产制造和GaN基耿氏二极管的结构设计和关键工艺等方面进行了详细的研究。一方面对GaN/AlGaN异质结大栅宽HEMT的结构进行了制造,并且根据理论的分析推测其工作在高频大功率的设计原则和影响因素,据此设计了不同栅宽的GaN/AlGaN异质结HEMT器件,给出了制备大栅宽HEMT的工艺步骤和方法以及制备后器件管芯图和经过封装连接后的完整HEMT器件图,并且对不同栅宽的GaN/AlGaN异质结HEMT进行了直流特性以及主要是交流特性的测试,对比了不同栅宽下GaN/AlGaN异质结HEMT的工作参数。另一方面对GaN基耿氏二极管的内部工作机理进行了理论研究尤其是耿氏二极管赖以工作的机理速场关系模型,掺杂浓度和渡越区长度的关系结合以前的研究进行了总结拟合得出了设计制造GaN基耿氏二极管的原则只有掺杂浓度与渡越区长度之积在两条临界线之间的区域才能产生耿氏振荡。并且利用模拟软件SILVACO对GaN基耿氏二极管和传统的GaAs基耿氏二极管对于新旧两种相同的工作结构进行模拟仿真对比得出在两种相同的工作结构下GaN基耿氏二极管比传统GaAs耿氏二极管在工作频率和输出功率上都远远优秀。并且针对制造GaN基耿氏二极管的主要关键问题GaN的欧姆接触问题,提出了两种改进欧姆接触制造的新型工艺方法以减小欧姆电阻的比接触电阻率这一影响GaN基耿氏二极管的主要参数。一种是新型的二次退火工艺,利用新的高温二次快速退火工艺我们对比与传统退火工艺后的欧姆接触形貌图对比明显可以看出新型二次退火工艺能够改善欧姆接触形貌,并且对比两种不同的工艺步骤可以看出新型的二次退火工艺能够显着降低欧姆接触电阻率。另一种是采用新型溶液王水在制作欧姆接触之前对溅射区域进行表面处理,经过实验,对比了使用王水对欧姆接触区域进行沸煮处理和使用浓HCl以及不使用酸性溶液处理,这三种不同的方法制作出的欧姆接触的比接触电阻率的大小。通过数据可以明显看出通过王水沸煮这种新型工艺步骤能够有效的降低欧姆电阻的比接触电阻率,提高器件性能。
徐浩[10]（2010）在《GaN基材料热退火与湿法腐蚀的研究》文中提出由于GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和速度高、抗辐射能力强和化学稳定性好等优越的性质,因此AlGaN/GaN HEMT器件成了制作微波大功率器件的理想继任者。尽管AlGaN/GaN HEMT器件在微波大功率特性方面取得了很大的进步,但仍然存在着许多制约因素限制了其性能的提升和应用发展。其中热退火对AlGaN/GaN异质结材料特性的影响与GaN材料腐蚀坑特性的研究都是迫切需解决的问题。针对GaN材料热退火的研究,本文采用HEMT器件制备过程中的快速热退火过程,预测热退火对GaN基HEMT器件的影响。针对GaN材料腐蚀坑特性的研究,本文用熔融的KOH腐蚀掺杂的n-GaN和p-GaN外延层材料,分析后确定了不同的腐蚀坑与不同位错的对应关系,并通过其AFM形貌图和电流分布图确立了一个新的模型- N原子导电模型。本文首先重点研究热退火对AlGaN/GaN异质结材料特性的影响。同时为了对照,对非故意掺杂的GaN、掺Si的GaN也进行相同条件的退火处理,然后分析退火过程对这三种材料结构的影响。通过退火前后的XRD、AFM、CV和Hall,以及方阻的数据,我们认为退火造成了AlGaN/GaN异质结中GaN和AlGaN材料的应变松弛以及AlGaN材料晶格常数c变大,使得AlGaN势垒层中的极化强度削弱,从而使界面处束缚电荷的面密度降低,导致2DEG的浓度下降;退火还造成了异质结中2DEG的迁移率下降,本文认为这可能是退火在势垒层引入了新缺陷,并且退火使得GaN材料中刃位错密度上升或者是退火导致载流子发生了补偿等因素造成的,而这些变化都会影响GaN基HEMT器件的性能。接着,本文对GaN材料腐蚀坑的特性进行了深入的研究。通过熔融的KOH腐蚀n-GaN和p-GaN材料后,经过AFM和SEM分析,我们发现了三种不同的腐蚀坑（?????）,并通过一定的腐蚀机制将它们分别与纯刃位错,纯螺位错和混合位错相对应,本文还给出了三种腐蚀坑的三维示意图。最后,本文对腐蚀后的GaN材料进行了导电AFM分析研究,发现了不同类型的GaN在表征过程出现了较大的差异。同时本文也发现了不同类型的腐蚀坑的导电能力有所差异,而且同一腐蚀坑内的不同区域也存在导电能力的差异。而且本文提出了一个导电新模型—N原子导电模型:对旁轴面来说,因为和C面不平行,所以沿着旁轴面会含有一定量的N原子,在GaN样片中,相比于C面,由于N原子较大的电子亲和能可以使旁轴面的肖特基势垒降低,结果使旁轴面的电流信号增加,这样就使得旁轴面的导电能力都明显高于C面。
二、非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT（论文提纲范文）
（1）GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| §1-1 氮化镓(GaN)基电子器件研究背景与意义 |
| 1-1-1 GaN材料特点 |
| 1-1-2 GaN基电子器件应用和市场潜力 |
| §1-2 GaN基异质结场效应晶体管(HFETs)发展历史及研究进展 |
| 1-2-1 GaN基异质结材料发展历史及研究进展 |
| 1-2-2 耗尽型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| 1-2-3 增强型GaN-Based HFETs发展历史及研究进展 |
| §1-3 极化库仑场散射理论的发展历史及研究进展 |
| §1-4 本论文的研究内容和安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 器件制备与测试 |
| §2-1 GaN基异质结材料的外延生长技术 |
| 2-1-1 衬底选择 |
| 2-1-2 外延生长 |
| §2-2 GaN基异质结材料的表征 |
| 2-2-1 2DEG密度、迁移率、方块电阻测试 |
| 2-2-2 高分辨率X射线衍射(HRXRD)测试 |
| 2-2-3 原子力显微镜(AFM)测试 |
| 2-2-4 微区拉曼(Micro-Raman)测试 |
| §2-3 GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-1 器件版图设计与光刻技术 |
| 2-3-2 耗尽型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| 2-3-3 增强型GaN-Based HFETs制备工艺 |
| §2-4 GaN-Based HFETs性能测试 |
| 2-4-1 聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)测试 |
| 2-4-2 电容-电压(C-V)测试 |
| 2-4-3 直流(D-C)测试 |
| 参考文献 |
| 第三章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射的电子体系研究 |
| §3-1 AlGaN/GaN异质结材料中的极化效应 |
| §3-2 AlGaN/GaN HFETs中的极化库仑场散射 |
| 3-2-1 极化库仑场散射的理论模型 |
| 3-2-2 两种方法的计算结果与分析 |
| §3-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §4-1 实验和理论方法 |
| §4-2 AlGaN势垒层Al组分与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §4-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 AlGaN/GaN异质结场效应晶体管中AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §5-1 实验和理论方法 |
| §5-2 AlGaN势垒层厚度与极化库仑场散射关联关系分析 |
| §5-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 AlN/GaN异质结场效应晶体管中AlN势垒层与极化库仑场散射关联关系研究 |
| §6-1实验和理论方法 |
| §6-2 AlN势垒层与极化库仑场散射的关联关系分析 |
| §6-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第七章 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN异质结场效应晶体管寄生源电阻的影响研究 |
| §7-1 实验方法 |
| §7-2 极化库仑场散射对增强型P-GaN/AlGaN/GaN HFETs寄生源电阻的影响分析 |
| §7-3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第八章 总结 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| Paper 1 |
| Paper 2 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（2）基于ASM-HEMT紧凑型模型的AlGaN/GaN HEMT器件建模研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1-1 研究工作的背景及意义 |
| 1-2 AlGaN/GaN HEMT器件与模型研究国内外现状 |
| 1-2-1 器件方面 |
| 1-2-2 模型方面 |
| 1-3 本论文研究内容与结构安排 |
| 第二章 AlGaN/GaN HEMT器件制备与电学测试 |
| 2-1 AlGaN/GaN异质结材料生长 |
| 2-1-1 衬底选择 |
| 2-1-2 晶体外延 |
| 2-2 AlGaN/GaN HEMT器件制备 |
| 2-3 AlGaN/GaN HEMT器件电学测试 |
| 2-3-1 霍尔测试 |
| 2-3-2 欧姆接触电阻测试 |
| 2-3-3 电流-电压关系测试 |
| 2-3-4 电容-电压关系测试 |
| 2-3-5 小信号S参数测试 |
| 2-3-6 负载牵引测试 |
| 2-4 AlGaN/GaN HEMT器件工作机理 |
| 第三章 基于ASM-HEMT紧凑型模型的参数提取 |
| 3-1 ASM-HEMT紧凑型模型简介 |
| 3-1-1 表面势推导 |
| 3-1-2 核心漏电流模型 |
| 3-1-3 本征端口电荷模型 |
| 3-1-4 器件真实物理效应 |
| 3-2 器件工艺参数及模型开关设置 |
| 3-3 ASM-HEMT紧凑型模型的模型参数提取 |
| 第四章 AlGaN/GaN HEMT器件栅下沟道2DEG迁移率影响机制研究 |
| 4-1 ASM-HEMT紧凑型模型中迁移率衰减效应的建模 |
| 4-2 极化库仑场散射 |
| 4-3 AlGaN/GaN器件栅下沟道2DEG有效迁移率的计算 |
| 第五章 ASM-HEMT模型验证与GaN基A类功率放大器的性能仿真 |
| 5-1 模型验证 |
| 5-1-1 电流-电压特性验证 |
| 5-1-2 电容-电压特性验证 |
| 5-1-3 小信号S参数验证 |
| 5-2 GaN基A类功率放大器的性能仿真 |
| 5-2-1 阻抗匹配 |
| 5-2-2 GaN基A类功率放大器的性能仿真 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）宽禁带半导体微波器件机理及其模型研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 微波GaN HEMT器件与模型的国内外发展动态 |
| 1.2.1 器件方面 |
| 1.2.2 模型方面 |
| 1.3 本论文的研究内容和结构安排 |
| 第二章 GaN HEMT器件表面势模型基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 GaN材料与器件特性 |
| 2.2.1 材料特性 |
| 2.2.2 器件典型结构和工作原理 |
| 2.3 紧凑模型基础 |
| 2.4 GaN HEMT表面势模型建模基础 |
| 2.4.1 模型基本方程 |
| 2.4.2 费米势E_f和2DEG密度n_s解析计算 |
| 2.4.3 结果验证及分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 SiC基 AlGaN/GaN HEMT器件物理基表面势模型研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 内核模型方程推导及验证 |
| 3.2.1 本征漏源电流I_(ds)模型建模 |
| 3.2.2 本征栅源电容C_(gs)、栅漏电容C_(gd)模型建模 |
| 3.3 物理基表面势大信号模型研究 |
| 3.3.1 小信号模型建模 |
| 3.3.2 自热效应研究 |
| 3.3.3 陷阱效应研究 |
| 3.3.4 模型分析与在片测试验证 |
| 3.4 模型缩放特性研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 金刚石基GaN HEMT器件热效应及其紧凑模型研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 金刚石基GaN HEMT器件结构和制备流程 |
| 4.3 三维热仿真模型建立及热阻提取 |
| 4.3.1 固体传热模型和热阻概念 |
| 4.3.2 三维热仿真模型建立及验证 |
| 4.3.3 沟道温度的关键影响因素分析 |
| 4.4 界面热特性分析及热电耦合模型建模 |
| 4.4.1 GaN/金刚石界面特性研究和热阻提取 |
| 4.4.2 衬底转移前后的器件性能对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 柔性AlGaN/AlN/GaN HEMT器件力电耦合模型研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 柔性GaN HEMT器件制备和应变测试方法 |
| 5.2.1 柔性GaN HEMT器件结构和制备流程 |
| 5.2.2 弯曲测试实验方案介绍 |
| 5.3 物理基解析力电耦合模型建模 |
| 5.3.1 AlGaN/AlN/GaN结构2DEG密度解析模型 |
| 5.3.2 物理基解析应力模型建模 |
| 5.4 模型验证与结果分析 |
| 5.5 本章小节 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（4）GaN功率开关器件的发展与微尺度功率变换（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 常开 GaN 功率开关器件 |
| 1. 1 表面效应与场板结构 |
| 1. 2 垂直结构与工艺和材料优化 |
| 1. 3 MOS-HEMT 结构与新材料 |
| 2 常关 GaN 功率开关器件 |
| 2. 1 E 模功率器件 |
| 2. 2 隧穿结、三栅和混合 MOS-HEMT 等新结构 |
（5）AlGaN/GaN HEMT功率器件测试及封装技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN 器件国内外研究现状 |
| 1.2 本论文的主要研究意义 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 AlGaN/GaN HEMT 功率器件介绍 |
| 2.1 AlGaN/GaN 材料介绍 |
| 2.1.1 AlGaN/GaN 材料衬底选择 |
| 2.1.2 AlGaN/GaN 材料自发极化和压电极化 |
| 2.1.3 AlGaN/GaN 异质结材料工作机理 |
| 2.1.4 AlGaN/GaN 异质结材料二维电子气(2DEG) |
| 2.1.5 AlGaN/GaN 异质结材料结构和制备 |
| 2.2 AlGaN/GaN HEMT 器件的制造 |
| 2.2.1 AlGaN/GaN HEMT 器件制作关键工艺 |
| 2.2.2 本文AlGaN/GaN HEMT 器件的制造工艺 |
| 2.3 AlGaN/GaN HEMT 器件在片测试分析 |
| 2.3.1 GaN 器件直流特性测试 |
| 2.3.2 器件电流崩塌效应测试分析 |
| 2.3.3 击穿电压测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 微波测试基础 |
| 3.1 散射参数(S 参数)基础 |
| 3.1.1 传输线方程 |
| 3.1.2 S 参数的定义 |
| 3.2 S 参数的性质 |
| 3.2.1 S 参数特点 |
| 3.2.2 传输参量(T 参数)与S 参数的相互关系 |
| 3.3 S 参数测试系统组成 |
| 3.3.1 S 参数测量系统 |
| 3.3.2 矢量网络分析仪(VNA) |
| 3.3.3 射频电缆 |
| 3.3.4 直流偏置 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 AlGaN/GaN 器件精确测试 |
| 4.1 AlGaN/GaN 器件在片测试方案 |
| 4.1.1 管芯S 参数测试和在片测试系统 |
| 4.1.2 在片小信号测试 |
| 4.1.3 负载牵引测试系统 |
| 4.2 AlGaN/GaN 分离器件测试 |
| 4.2.1 测试内容 |
| 4.2.2 测试夹具的设计 |
| 4.3 AlGaN/GaN 分离器件测试矢网校准 |
| 4.3.1 矢网校准原理 |
| 4.3.2 SOLT 校准方法 |
| 4.3.3 TRL 校准及TRL 校准件设计 |
| 4.4 同轴与TRL 校准测试结果 |
| 4.4.1 同轴校准测试结果 |
| 4.4.2 TRL 校准测试结果 |
| 4.4.3 测试结果比较与研究 |
| 4.4.5 夹具去嵌入 |
| 4.5 提取管壳寄生参数 |
| 4.5.1 管壳S 参数实测 |
| 4.5.2 管壳寄生参数提取 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 本文总结 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目 |
（6）AlGaN/GaN HEMT退化机制及抑制方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 AlGaN/GaN HEMT 的研究背景 |
| 1.1.1 GaN 用于微波功率器件的优势 |
| 1.1.2 AlGaN/GaN HEMT 的研究进展 |
| 1.2 AlGaN/GaN HEMT 可靠性研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作安排 |
| 第二章 AlGaN/GaN HEMT 的制造 |
| 2.1 GaN 及AlGaN/GaN HEMT 的基本理论 |
| 2.1.1 GaN 基材料 |
| 2.1.2 AlGaN/GaN HEMT 的工作原理 |
| 2.2 AlGaN/GaN HEMT 的制造 |
| 2.2.1 AlGaN/GaN 异质结材料的生长 |
| 2.2.2 AlGaN/GaN HEMT 的制造工艺 |
| 2.3 AlGaN/GaN HEMT 的直流特性 |
| 2.3.1 AlGaN/GaN HEMT 的直流特性 |
| 2.3.2 AlGaN/GaN HEMT 的测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 AlGaN/GaN HEMT 电应力退化研究 |
| 3.1 AlGaN/GaN HEMT 的退化现象 |
| 3.2 AlGaN/GaN HEMT 的三种退化模型 |
| 3.2.1 热电子注入 |
| 3.2.2 栅极电子注入 |
| 3.2.3 逆压电效应 |
| 3.3 AlGaN/GaN HEMT 的退化机制研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照研究 |
| 4.1 质子辐照理论及研究现状 |
| 4.2 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照退化机制研究 |
| 4.2.1 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照实验 |
| 4.2.2 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照退化机制分析 |
| 4.3 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照加固研究 |
| 4.3.1 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照加固手段 |
| 4.3.2 AlGaN/GaN HEMT 质子辐照加固处理 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间参加的科研项目 |
（7）薄势垒增强型器件的制备与特性分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN 基HEMT 器件的发展及其存在的问题 |
| 1.2 增强型HEMT 器件的发展和F 注入的优点 |
| 1.2.1 增强型HEMT 器件研究进展 |
| 1.2.2 薄势垒F 注入提出及其优点 |
| 1.3 本文研究内容及安排 |
| 第二章AlGaN/GaN HEMT 的基本理论 |
| 2.1 AlGaN/GaN 异质结材料中的极化效应和2DEG 的来源 |
| 2.2 F 注入AlGaN/GaN HEMT 的电场调制机理 |
| 2.3 HEMT 器件的工作机理 |
| 2.3.1 直流特性 |
| 2.3.2 沟道电子浓度与电压的关系 |
| 2.3.3 击穿电压 |
| 2.3.4 频率特性 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章薄势垒耗尽型器件的制备与特性分析 |
| 3.1 AlGaN/GaN HEMT 器件的制备 |
| 3.1.1 HEMT 器件的关键制备工艺 |
| 3.1.2 HEMT 器件的工艺流程分析 |
| 3.2 薄势垒与常规耗尽型HEMT 器件特性分析 |
| 3.2.1 AlGaN/GaN HEMT 的材料结构特性 |
| 3.2.2 器件直流特性分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章增强型HEMT 器件的制备与特性分析 |
| 4.1 AlGaN/GaN HEMT 的材料结构 |
| 4.2 AlGaN/GaN 增强型HEMT 器件的工艺流程 |
| 4.3 增强型器件与耗尽型器件特性分析 |
| 4.3.1 器件直流特性 |
| 4.3.2 器件的交流小信号特性 |
| 4.3.3 C-V 性分析 |
| 4.3.4 增强型器件的抑制电流崩塌特性 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章薄势垒增强型器件的可靠性分析 |
| 5.1 退火对器件特性的影响 |
| 5.1.1 退火对器件输出特性的影响 |
| 5.1.2 退火对栅漏电流的影响 |
| 5.1.3 退火对器件有源区电阻的影响 |
| 5.2 薄势垒与常规增强型器件特性比较 |
| 5.2.1 直流特性分析 |
| 5.2.2 C-V 特性分析 |
| 5.2.3 增强型器件的可靠性分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目 |
（8）X波段AlGaN/GaN HEMT器件物理与相关实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 引言 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究动态 |
| 1.2.1 国外研究进展 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.3 目前存在的主要问题 |
| 1.4 本论文的主要工作和内容安排 |
| 第二章 GaN 基异质结材料的极化效应和应变分析 |
| 2.1 GaN 异质结材料的极化效应与2DEG |
| 2.1.1 GaN 异质结中极化效应的产生 |
| 2.1.2 极化效应与2DEG 的物理模型 |
| 2.2 异质外延生长GaN 的材料特性 |
| 2.2.1 外延生长的衬底材料 |
| 2.2.2 GaN 材料的厚度均匀性研究 |
| 2.3 GaN 异质外延材料的应变研究 |
| 2.3.1 X 射线布拉格衍射基本原理 |
| 2.3.2 晶格参数的精确测量 |
| 2.3.3 异质外延结构中的应变分析 |
| 2.3.4 镶嵌结构GaN 外延膜的表征研究 |
| 2.4 GaN 外延材料的形貌分析 |
| 2.4.1 原子力显微镜测试技术 |
| 2.4.2 AFM 研究GaN 外延材料形貌 |
| 2.4.3 腐蚀后样品的SEM 分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 GaN 中Si 离子注入掺杂实验研究 |
| 3.1 离子注入工艺 |
| 3.1.1 离子注入技术特点 |
| 3.1.2 GaN 的离子注入实验 |
| 3.2 离子注入样品的晶体质量和应变分析 |
| 3.3 位错密度和表面形貌分析 |
| 3.3.1 注入前后的位错密度测量结果 |
| 3.3.2 表面形貌分析 |
| 3.4 注入及退火前后电学性能变化 |
| 3.5 光致发光PL 谱分析结果 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 金属与n-GaN 欧姆接触研究 |
| 4.1 GaN 上欧姆接触研究概述 |
| 4.2 GaN 上多层金属欧姆接触研究 |
| 4.2.1 欧姆接触形成机制 |
| 4.2.2 薄层材料欧姆接触测量方法 |
| 4.2.3 GaN 上欧姆接触实验研究 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 AlGaN/GaN HEMT 电流崩塌效应研究 |
| 5.1 电流崩塌效应及虚栅模型 |
| 5.2 栅宽10μm 的GaN HEMT 器件制作 |
| 5.3 GaN HEMT 电流崩塌实验 |
| 5.3.1 实验和测试方案 |
| 5.3.2 栅极脉冲信号下电流崩塌现象 |
| 5.3.3 漏极脉冲测试结果 |
| 5.4 优化场板结构抑制器件电流崩塌 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 微波功率GaN HEMT 器件制作与测试 |
| 6.1 GaN HEMT 微波功率器件设计 |
| 6.1.1 微波功率场效应器件设计考虑 |
| 6.1.2 AlGaN/GaN HEMT 器件版图设计 |
| 6.2 GaN HEMT 器件制作关键工艺流程 |
| 6.3 蓝宝石上GaN HEMT 器件实现与测试 |
| 6.3.1 无台面刻蚀的GaN HEMT 制作 |
| 6.3.2 台面隔离的GaN HEMT 器件 |
| 6.4 半绝缘SiC 衬底上AlGaN/GaN HEMT 器件 |
| 6.4.1 栅宽100μm AlGaN/GaN HEMT 器件 |
| 6.4.2 栅宽3mm 微波功率GaN HEMT 器件实现 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻博期间取得的研究成果 |
（9）GaN微波及THz功率器件设计与工艺研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN 材料的介绍 |
| 1.2 GaN 材料高频功率应用的优势 |
| 1.2.1 GaN 异质结结构应用于微波器件 |
| 1.2.2 GaN 材料应用于THz 器件 |
| 1.3 本文的结构和主要研究内容 |
| 第二章 大栅宽 AlGaN/GaN 功率 HEMT 器件 |
| 2.1 AlGaN/GaN 功率HEMT 器件的结构及制作工艺步骤 |
| 2.2 AlGaN/GaN 功率HEMT 器件特性 |
| 2.2.1 直流特性和频率特性介绍 |
| 2.2.2 器件大信号的测量 |
| 第三章 GaN 基耿氏二极管结构的蒙特卡罗模拟 |
| 3.1 耿氏二极管研究进展 |
| 3.2 耿氏振荡基本原理 |
| 3.3 GaN Gunn Diode 结构设计 |
| 3.3.1 耿氏二极管结构的模拟方法 |
| 3.3.2 模拟结果 |
| 第四章：制备 GaN 基耿氏二极管的关键工艺研究 |
| 4.1 封装结构 |
| 4.2 新型欧姆接触工艺研究 |
| 4.2.1 欧姆接触的测量方法 |
| 4.2.2 新型退火工艺研究 |
| 4.2.3 新型表面处理改善欧姆接触研究 |
| 第五章：结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者攻读硕士期间研究成果和参加科研项目 |
（10）GaN基材料热退火与湿法腐蚀的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 GaN 基异质结材料的研究进展 |
| 1.1.1 GaN 及其异质结材料在微波功率器件方面的优势 |
| 1.1.2 GaN 及其异质结材料的研究进展 |
| 1.2 GaN 基材料热退火与湿法腐蚀的研究进展与意义 |
| 1.2.1 GaN 基材料热退火的研究发展 |
| 1.2.2 GaN 基材料湿法腐蚀的研究发展 |
| 1.3 本文的主要工作和安排 |
| 第二章 GaN 及其异质结材料的生长技术研究 |
| 2.1 MOCVD 技术概述 |
| 2.1.1 MOCVD 系统特点 |
| 2.1.2 新型MOCVD 系统 |
| 2.1.3 西电自主研制的MOCVD 系统 |
| 2.2 GaN 材料的生长 |
| 2.2.1 GaN 体晶材料的生长技术 |
| 2.2.2 GaN 晶体薄膜外延生长技术 |
| 2.2.3 GaN 晶体薄膜外延生长衬底材料的选择 |
| 2.2.4 MOCVD 技术生长GaN 晶体薄膜的基本原理. |
| 2.2.5 MOCVD 技术生长GaN 的主要工艺流程 |
| 2.3 基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN 异质结生长研究 |
| 2.3.1 蓝宝石衬底GaN 低温成核层和GaN 外延层的生长 |
| 2.3.2 异质结以及2DEG 的基本理论 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 关于GaN 基材料热退火的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 GaN 基材料退火前后的XRD 分析 |
| 3.2.1 退火研究所用的GaN 基材料的工艺生长条件 |
| 3.2.2 X 射线衍射技术概述. |
| 3.2.3 GaN 基材料退火前后的XRD 数据分析. |
| 3.3 GaN 基材料退火前后的AFM 分析 |
| 3.4 GaN 基材料退火前后的电特性分析 |
| 3.4.1 电容-电压测试(C-V) |
| 3.4.2 范德堡法Hall 测试 |
| 3.4.3 GaN 基材料退火前后的电特性数据分析 |
| 3.5 本章小节 |
| 第四章 GaN 基材料腐蚀坑的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 腐蚀坑与位错之间的关系. |
| 4.3 GaN 材料腐蚀后的表面形貌的电特性研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结束语 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间所参加的科研项目 |
四、非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT（论文参考文献）
- [1]GaN基异质结场效应晶体管中势垒层和P-GaN层与极化库仑场散射相关研究[D]. 姜光远. 山东大学, 2021(11)
- [2]基于ASM-HEMT紧凑型模型的AlGaN/GaN HEMT器件建模研究[D]. 周雁. 山东大学, 2021(12)
- [3]宽禁带半导体微波器件机理及其模型研究[D]. 武庆智. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]GaN功率开关器件的发展与微尺度功率变换[J]. 赵正平. 半导体技术, 2014(01)
- [5]AlGaN/GaN HEMT功率器件测试及封装技术研究[D]. 艾君. 西安电子科技大学, 2011(01)
- [6]AlGaN/GaN HEMT退化机制及抑制方法[D]. 李婷婷. 西安电子科技大学, 2011(07)
- [7]薄势垒增强型器件的制备与特性分析[D]. 于惠游. 西安电子科技大学, 2011(07)
- [8]X波段AlGaN/GaN HEMT器件物理与相关实验研究[D]. 杜江锋. 电子科技大学, 2010(07)
- [9]GaN微波及THz功率器件设计与工艺研究[D]. 王中旭. 西安电子科技大学, 2010(12)
- [10]GaN基材料热退火与湿法腐蚀的研究[D]. 徐浩. 西安电子科技大学, 2010(10)