GaN基微波功率器件與耐壓新結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、GaN材料由于具有帶隙寬、臨界擊穿電場高、飽和電子漂移速度高等優(yōu)秀的材料特性，使GaN基器件在耐壓和微波領(lǐng)域成為了研究熱點。為了解決GaN基器件柵極漏側(cè)附近電場集聚的問題，提升其擊穿電壓，本文提出了電偶極層 GaN基耐壓新結(jié)構(gòu)（DL_HEMT），并對其進(jìn)行了仿真優(yōu)化。該器件的主要特點是在柵極和漏極之間的鈍化層中引入了具有極化效應(yīng)的電偶極層，該電偶極層所用材料為AlGaN。電偶極層的引入使GaN基器件電偶極層下方溝道中的2DEG被部分耗盡

2、，從而調(diào)制了溝道中的電場分布，使器件的擊穿電壓得以提升。為了獲得DL_HEMT器件的最大優(yōu)值FOM，對該器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)分別進(jìn)行了優(yōu)化仿真。根據(jù)仿真結(jié)果得出，當(dāng)電偶極層與柵極漏側(cè)之間的間距LGD為0μm、AlGaN電偶極層的Al組分為0.2、電偶極層的長度LD為4μm時該GaN基DL_HEMT器件取得了最大的優(yōu)值FOM。此時，該GaN基DL_HEMT器件的擊穿電壓BV和導(dǎo)通電阻RON分別為1055V和0.424mΩ·cm2，計算得到的最大

3、的優(yōu)值FOM的值為2.62 GW/cm2。較常規(guī)結(jié)構(gòu)而言，其擊穿電壓BV提升了113％，優(yōu)值FOM提升了260%。
　　本研究提出了具有高-K低-K復(fù)合柵介質(zhì)層結(jié)構(gòu)（CGD）的 AlGaN/GaN MIS-HEMT，同時對其進(jìn)行了優(yōu)化仿真。由于CGD結(jié)構(gòu)的引入，該器件的柵極下方溝道中高-K低-K界面處的電場不連續(xù)，形成了一個電場峰值，從而調(diào)制了器件柵極下方溝道中的電場分布，提升了2DEG的漂移速度，使得器件的直流特性和頻率特性得以

4、提升。通過對GaN基常規(guī)器件（SGD）和GaN基CGD器件的直流特性和頻率特性的對比仿真得出，相比于GaN基SGD器件，當(dāng)GaN基CGD器件引入的低-K柵介質(zhì)層的長度l為150nm時，其直流特性參數(shù)gm、Ids較GaN基SGD器件分別提升了6.9%和10.5%，同時，該器件的頻率特性參數(shù)fT、fmax相較于GaN基SGD器件分別提升了18.5%和14.7%。而通過對GaN基CGD器件的優(yōu)化仿真得到，對于柵長Lg為250nm的該器件，當(dāng)器