论文摘要
GaN MOSFET器件在高温、高频、大功率等方面具有广阔的应用前景,受到越来越多关注,目前对该器件的研究正处于起步阶段。对于n-GaN MOSFET器件,实验上的文章相对较少,制约其性能的主要因素是衬底p型掺杂和栅介质/GaN的界面质量,本论文针对这两个因素从GaN体材料的迁移率和界面态出发,以计算机模拟的角度对GaN MOSFET器件的基本特性进行了研究,这些研究包括:在新一代TCAD器件物理特性仿真工具Sentaurus软件的基础上,对器件模拟的物理模型进行修正,建立了新的经过实验验证的模型,利用新的物理模型模拟GaNMOSFET的直流特性,温度特性以及交流特性。研究的结果如下:（1）使用目前最新的实验数据,对GaN材料的禁带宽度,介电常数等材料参数进行了修正,对器件物理特性模拟中使用的复合模型,非完全电离模型等物理模型进行完善,通过实验拟合的方法我们得到了GaN的低场迁移率,界面迁移率以及高场迁移率模型的修正表达形式。（2）与文献的实验数据对比,分析窒温GaN MOSFET器件的转移特性和输出特性,结果表明模拟中使用的模型能够正确描述GaN器件的物理特性,并且通过对栅长,氧化层厚,沟道掺杂,电极间距以及界面态的讨论,分析器件结构设计中的技术关键,结果认为GaN MOSFET在栅长小于0.7μm时器件的短沟效应明显,在优化的器件结构下,预测器件的阈值电压在1V左右,饱和漏电流达到mA/μm量级,跨导值为26mS/mm量级。（3）利用文献实验数据,验证了器件物理模型对高温GaN MOSFET的器件描述的正确性,分析讨论在300K到800K温度范围内,器件转移特性以及输出特性对温度的响应,得出导致器件性能衰退的主要因素是迁移率以及载流子饱和漂移速度随温度的变化。对应我们分析的器件结构,结果表明温度300K到800K变化时引起器件的饱和漏电流和跨导的变化幅度分别为50%和58%,但在800K时依然能够达到0.39mA/μm饱和漏电流以及10mS/mm跨导,确定器件的零温度系数点在1.4V。（4）对GaN MOSFET的交流特性进行分析,讨论器件栅长,氧化层厚,沟道掺杂以及电极间距对截止频率的影响,结果表明在优化的器件结构下,GaNMOSFET器件的截止频率可以达到38.2GHz;并且在此基础上,讨论影响该器件截止频率的关键因素是GaN的迁移率,预测在GaN的迁移率达到1000cm2V-1s-1量级,器件的截止频率可以达到180GHz。