GaN MOSFET器件的研究.pdf

1、作為第三代半導(dǎo)體材料，GaN具有獨(dú)特的半導(dǎo)體特性，例如大的直接帶隙能，高的飽和漂移速度，大的導(dǎo)帶不連續(xù)性，良好的熱穩(wěn)定性以及強(qiáng)的自發(fā)和壓電極化效應(yīng)。由于其優(yōu)良的物理和化學(xué)性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用于高頻高功率電子器件及光電發(fā)光器件等領(lǐng)域。國內(nèi)外的研究報(bào)道表明，從AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)器件誕生以來伴隨的界面缺陷、陷阱電荷以及較大的柵泄漏電流等問題嚴(yán)重制約了這種器件的應(yīng)用。而GaN基MOS結(jié)構(gòu)器件，不僅克服了傳統(tǒng)GaN HEMT器件柵泄漏電流過大的

2、缺點(diǎn)，且具有更低的功耗，因而成為目前研究的熱點(diǎn)，受到越來越多的關(guān)注，目前對該器件的研究正處于起步階段。然而，GaN工藝的不成熟，襯底p型摻雜困難，柵介質(zhì)層界面態(tài)密度大等問題一直是制約GaN MOS器件性能提高的難題。
　　 本論文以計(jì)算機(jī)仿真模擬的角度對GaN MOSFET器件的基本特性進(jìn)行了研究。主要研究內(nèi)容包括：1.室溫下GaN MOSFET器件直流特性的模擬，分析了關(guān)鍵結(jié)構(gòu)技術(shù)參數(shù)氧化層厚度，柵長，溝道摻雜濃度，介電常數(shù)對

3、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性的影響，同時(shí)驗(yàn)證了模擬所使用的材料和器件模型的正確性。得出結(jié)論認(rèn)為GaN MOSFET的柵長要求比較長，在小于2μm時(shí)器件開始表現(xiàn)出短溝道效應(yīng)。當(dāng)柵介質(zhì)介電常數(shù)較高時(shí)，器件的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性都有很大的改善。在分析襯底摻雜濃度對器件特性影響時(shí)，對undoped-GaN做外延層的GaN MOSFET器件也進(jìn)行了模擬，為器件流片測試做好準(zhǔn)備。總之，可以通過選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)得到特性較好的GaN MOSFET器件。2.GaN

4、 MOSFET器件溫度特性的模擬，分析討論了在300K到600K溫度范圍內(nèi)，器件的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性，得出導(dǎo)致器件性能衰退的主要因素是遷移率和載流子飽和速率隨溫度的變化。3.對不同結(jié)構(gòu)的GaN MOSFET器件進(jìn)行了模擬分析。GaN材料的p型摻雜是制約GaN MOSFET發(fā)展的一個(gè)重要因素，因此選擇了在2μm undoped-GaN外延層上生長了一層100nm摻雜濃度為1×1017cm3的GaN，這層摻雜濃度較高的GaN層作為溝道層，從