AlGaN/GaN HFET中的陷阱位置和激活能

自洽求解薛定谔方程和泊松方程求出了异质结能带和沟道阱基态、激发态及二维表面态的波函数.研究了表面陷阱位置及其激活能.发现表面高密度缺陷减薄了势垒层,显著增强了热电子隧穿过程.从缺陷态发射电子和热电子隧穿构成的新陷阱模型出发,解释了HFET的瞬态电流和产生.复合噪声.最后讨论了改进材料生长和器件工艺来抑制陷阱效应,改善器件性能的途径.     

AlGaN/GaN HFET中的陷阱位置和激活能

自洽求解薛定谔方程和泊松方程求出了异质结能带和沟道阱基态、激发态及二维表面态的波函数.研究了表面陷阱位置及其激活能.发现表面高密度缺陷减薄了势垒层,显著增强了热电子隧穿过程.从缺陷态发射电子和热电子隧穿构成的新陷阱模型出发,解释了HFET的瞬态电流和产生.复合噪声.最后讨论了改进材料生长和器件工艺来抑制陷阱效应,改善器件性能的途径.     

GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型

研究了GaN HFET中沟道热电子隧穿到表面态及表面态电子跃迁到表面导带两种跃迁过程及其激活能.从沟道热电子隧穿过程出发,提出了新的电流崩塌微观模型.用该微观模型解释了光离化谱、DLTS、瞬态电流及电流崩塌等各类实验现象.研究了各种异质结构的不同电流崩塌特性,在此基础上讨论了无电流崩塌器件的优化设计.     

GaN HFET沟道热电子隧穿电流崩塌模型

研究了GaN HFET中沟道热电子隧穿到表面态及表面态电子跃迁到表面导带两种跃迁过程及其激活能.从沟道热电子隧穿过程出发,提出了新的电流崩塌微观模型.用该微观模型解释了光离化谱、DLTS、瞬态电流及电流崩塌等各类实验现象.研究了各种异质结构的不同电流崩塌特性,在此基础上讨论了无电流崩塌器件的优化设计.     

一种精确求解超薄栅NMOS器件隧穿电流的模型

提出了一种精确求解隧穿电流的模型。通过自洽求解一维薛定谔方程和泊松方程,得到NMOS器件的半导体表面电势分布、反型层二维电子气的量子化能级以及对应的载流子浓度分布。为计算隧穿电流,采用了多步势垒逼近方法计算栅氧化物势垒层的隧穿几率,从而避免了WKB方法在突变边界处波函数不连续带来的缺陷。通过考虑(100)Si衬底的导带多能谷效应和栅极多晶硅耗尽效应,讨论了不同栅氧化层厚度下隧穿电流与栅压的依赖关系。模拟结果与实验数据吻合。     

微波功率AlGaN/GaN HFET的二维能带和异质结构设计

在综述微波功率AlGaN/GaN HFET技术发展趋势基础上,提出了二维异质结能带优化设计的新课题.从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了利用异质界面上的极化电荷来剪裁异质结能带.用极化电荷设计近矩形前势垒能增大高能热电子的隧穿势垒宽度,抑制电流崩塌.背势垒中的极化电荷强化了沟道阱的量子限制,减弱了沟道中的强场峰,能提高击穿电压和抑制电流崩塌.薄势垒层中的极化电荷强化了沟道阱的结构,降低势垒高度后能产生高密度的电子气.优化设计二维异质结构能抑制沟道中的强场峰和电流崩塌,提高击穿电压和大漏压下的输出功率.     

AlGaN/GaN HFET的优化设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。     

GaN HFET的性能退化

在综述大功率AlGaN/GaN HFET性能退化实验结果的基础上,研究了器件退化与电流崩塌间的关联。分析了现有各类器件失效模型的优点和不足之处。通过沟道中强电场和热电子分布的研究,完善了热电子触发产生缺陷陷阱的器件退化模型。使用这一模型解释了实验中观察到的各类性能退化现象,指出优化设计异质结构可以有效减弱GaN HFET的性能退化。最后提出减弱器件性能退化的方法和途径。     

AlGaN/GaN HFET的2DEG和电流崩塌研究(Ⅰ)

从不同的视角回顾和研究了A1GaN/GaN HFET的二维电子气(2DEG)和电流崩塌问题.阐述了非掺杂的AIGaN/GaN异质结界面存在2DEG的原动力是极化效应,电子来源是AlGaN上的施主表面态.2DEG浓度与AlGaN/GaN界面导带不连续性、AlGaN层厚和Al组分有密切关系.揭示了AlGaN/GaN HFET的2DEG电荷涨落受控于表面、界面和缓冲层中的各种缺陷及外加应力,表面空穴陷阱形成的虚栅对输入信号有旁路和延迟作用,它们导致高频及微波状态下的电流崩塌.指出由于构成电流崩塌因素的复杂性,各种不同的抑制电流崩塌方法都存在不足,因此实现该器件大功率密度和高可靠性还有很长的路要走.     

AlGaN／GaN二维电子气的特性研究

应用AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化边界条件自洽求解了薛定谔方程和泊松方程,求出异质结能带和二维电子气分布。研究了势垒层组分化、势垒层宽度、沟道层掺杂和栅电压变化对二维电子气特性的影响。着重研究了栅电压对二维电子气维性的控制作用,提出了使用薄势垒和重掺杂沟道的新HFET结构。     

GaN HFET沟道层中的慢输运电子态和射频电流崩塌

从电极偏置环境、二维异质结能带及沟道电子状态的研究出发,发现了沟道中存在具有不同输运特性的高能正常电子和低能慢电子,建立起新的慢电子电流崩塌模型。在器件射频工作中通过正常输运电子到慢电子的转换过程解释了射频电流崩塌行为。沟道中的慢电子是产生射频电流崩塌的真正缘由。运用这一慢电子电流崩塌模型解释了目前用耗尽模型不能解释的大量实验结果。最后提出了通过异质结构优化设计来消除慢电子,解决电流崩塌难题的新途径。     

GaN HFET研究的最新进展

综述了GaNHFET研究中材料生长和工艺研究的新进展,介绍了器件向高频、大功率方向发展的现状及其应用前景,总结了优化器件性能和商品化问题中的二维场结构和电子态、纳米金属介质层、应变能带工程及介质势垒等重要课题。     

GaN HFET沟道中的电子态转换和沟道右势垒剪裁

在分析AIGaN／GaN沟道阱中电子迁移率、截止频率fT和噪声性能随电子气密度变化的基础上,研究了沟道电子态随电子密度的变化。发现在高电子密度下电子会向量子限制较弱的退局域态转移。同时还经由热电子隧穿而跃迁到表面态。在低电子密度下,沟道阱产生畸变而蜕化为三维态。运用这一电子态转换模型解释了输运噪声特性随电子气密度的变化。最后指出剪裁沟道右势垒可以弱化高、低电子气密度下输运和噪声性能的衰退。     

GaN HFET的沟道夹断特性和强电场下的电流崩塌

从自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程出发,研究了纵、横向电场作用下GaNHFET沟道中的电子态和夹断特性。建立了不同异质结构和电场梯度下的电荷控制模型;运用热电子隧穿电流崩塌模型解释了强场电流崩塌的实验结果;强调了沟道夹断特性对电流崩塌的影响;研究了背势垒异质结构、场板电极和挖槽等抑制电流崩塌的方案,提出利用挖槽独立设计内、外沟道异质结构抑制强场电流崩塌的新思路。     

AlInN三明治势垒GaN HFET

介绍了国际上AlInN势垒HFET的最新发展.从器件性能分析中发现这种新势垒显著提高了沟道电子气密度,增大了强场漂移速度,消除应变提高了器件可靠性和热稳定性,能在高温下有效工作,使GaN HFET研究走上新的台阶.但是薄势垒引起的大栅流和电流崩塌是阻碍器件性能提高和实际应用的主要瓶颈.利用AlInN/AlGaN异质界面...     

Ⅲ族氮化物HFET中的电流崩塌和二维电子气

讨论了Ⅲ族氮化物HFET中电流崩塌和沟道内二维电子气特性间的关联,提出了描述产生电流崩塌时电子动态运动的微观模型。栅延迟电流崩塌被归因于栅-漏电极间隙中表面态与其下沟道中的电子交换。异质结极化感应的表面电荷不稳定性和沟道中二维电子气的量子限制特性是决定电流崩塌的两个重要因素。应用这一微观模型解释了实验中观察到的电流崩塌现象。通过适当的异质结构优化设计可望研制出无电流崩塌的Ⅲ族氮化物HFET。