最新GaN-HEMT技术研究.docx

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1、精品资料GaN-HEMT技术研究........................................精品资料GaNHEMT技术研究1HEMT简介随着高频无线通讯产业的发展，同时满足特殊领域的发展，因此对具备高速、高压、高频、耐高温、耐腐蚀等特性的晶体管需求越来越迫切，从而使具备这些特性的器件即高电子迁移率晶体管（HEMT）得到广泛研究和发展。HEMT，高电子迁移率晶体管是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管（MODFET）、二维电子气场效应晶体管（2-DEGFET）、选择掺

2、杂异质结晶体管(SDHT)等。。它是利用具有很高迁移率的二维电子气来工作的，因此这种器件及其集成电路能够很好的应用于超高频（毫米波）、超高速领域。在通常的MOS器件中，沟道区是对半导体掺杂而形成的，多数载流子与其电离杂质共同存在。受电离杂质的散射影响，载流子的迁移率会减小，器件的性能也会随之降低。因此可以考虑将多数载流子从电离杂质中分离出来，从而避免迁移率减小。在HEMT器件中，由于异质结接触两种半导体的禁带宽度不同，电子会从宽禁带半导体流向窄禁带半导体中，从而在半导体界面的窄禁带半导体一侧形成量子

3、阱。当宽禁带半导体的掺杂浓度较高，异质结间的导带差较大时，会形成很高的势垒，限制量子阱中的自由电子在垂直异质结接触面方向的移动，故称这个量子阱为二维电子气（2DimensionalElectronGas）。2-DEG就是HEMT........................................精品资料中的沟道，由于沟道所在的窄禁带半导体通常是不掺杂的，沟道中的自由移动电子远离掺杂的宽禁带半导体中电离杂质的散射，载流子能获得很高的电子迁移率。2GaN基器件第三代半导体材料，即禁带宽度大于

4、2．2eV的宽禁带半导体材料，包括CdS(2．42eV)、SiC(3．2eV)、ZnO(3．32eV)、GaN(3．42eV)、ZnS(3．68eV)、金刚石(5．45“)、AIN(6．20eV)等。在电子器件方面，对SiC和GaN的研究相对比较成熟，GaNg材料拥有电子饱和迁移率很大，并且化学性质很稳定，有很高的击穿电压以及更高的电流能力等特点。它在高温、高频大功率器件和短波光电子器件方面，这两种材料具有前两代半导体(Si和GaAs)所不能比拟的潜力，是目前世界半导体材料和器件研究领域中的热点。2

5、.1GaN基器件的结构AlGaN/GaNHEMT基本层结构见图1。基本层结构由缓冲层、GaN沟道层、本征AlGaN隔离层和掺杂AlGaN层组成。为提高器件的击穿特性，降低栅漏电流，还可在掺杂层上再生长帽层，可由非掺杂的GaN或AlGaN组成。AlGaN掺杂层A1组分一般为0.15至0.3，掺杂浓度范围一般为1018至2×1019cm-3。其基底材料主要有蓝宝石、SiC、Si这三种，蓝宝石成本比较低，散热性能良好，但与GaNg界面出会有的晶格失配，影响器件性能；SiC具有良好散热性能和化学稳定性，并且

6、与GaN有较小的晶格失配，但是成本高昂；而Side虽然散热等性能没那么良好，但是其成本低廉，并且可以做到很大尺寸。目前常用的基底材料一般是蓝宝石或者SiC。........................................精品资料图1GaNHEMT基本结构它的结构及工作原理与场效应管(FET)相似，电流都是在栅极电压的控制下从源极流向漏极在GaN与AIGaN的界面处由于导带的不连续性,会形成三角形势阱，从而在GaN一侧聚集很多的电子，形成二维电子气(TwoDimensionalElee

7、tronGas,2DEG),从而构成AIGaN/GaNHEMT的导电沟道。AlGaN/GaNHEMT器件由于具有禁带宽度大（3.4～6.2eV）、电子饱和速度高（2.8x107cm/s）和击穿场强大（>5MV/em）等优点，非常适合于高频、大功率与高温应用。然而A1GaN/GaN表面缺陷和有限的势垒高度所导致的栅泄露电流进一步限制了AIGaN/GaNHEMT器件的高频、大功率与高温可靠性。为解决这一问题，可以使用金属-绝缘层半导体（MIS）或金属-氧化物。半导体(MOS)结构来抑制栅泄露电流，然而这

8、些绝缘栅器件与传统的A1GaN/GaNHEMT器件相比在饱和电流、跨导和开启电压方面无任何优势。2.2GaN和AlGaN的极化效应所谓的“极化现象”，是因为在III一V族化合物半导体中，离子键与共价键并存，而离子键的电子是不完全公有的,在离子键的作用下，........................................精品资料V族原子吸引电子的能力比III族原子的大，使得电子与V族原子键合的较强，既靠近V族原子的地方，电子云密度更大，而以离子键结合的离子