AlGaN/GaN FP-HEMTs研究

论文摘要

AlGaN/GaN HEMT器件被认为是1-50GHz频率范围内理想的微波功率器件,而第三代移动通信（3G）时代的到来,对微波功率器件的性能提出了更高的要求:一方面要求功率器件能提供更高的最大输出功率密度,另一方面要求功率器件能在更高的频率下保持较高的输出功率附加效率（Power adder efficiency, PAE）。提高最大输出功率密度要求功率器件具有更高的工作电压,这就对器件的击穿电压提出了更高的要求。而电流崩塌引起的DC-RF散射被认为是降低输出功率附加效率的最大元凶。在此背景下,本文对场板结构AlGaN/GaN HEMT器件（AlGaN/GaN FP-HEMTs）进行了一系列研究。主要研究结果如下:1、成功制造出了直流特性好,击穿电压高的AlGaN/GaN FP-HEMT器件,并研究了击穿电压的测量方法。2、研究了场板结构提高击穿电压的机理。3、研究了AlGaN/GaN FP-HEMT器件的电流崩塌机理,在得到低电流崩塌效应器件的同时,解释了高漏偏压下场板的尺寸对器件抑制崩塌的能力有较大影响的原因。4、鉴于场板结构会增大栅漏寄生电容,从而引起微波功率特性的退化,结合仿真与实验,对所制作的AlGaN/GaN FP-HEMT器件的场板尺寸进行了优化。通过优化场板长度,器件击穿电压提高了64%,并且实验结果与模拟结果相符。综上所述,本论文成功地从理论上、模拟仿真上以及实验上对AlGaN FP-HEMT器件进行了深入的研究。优化了场板的尺寸,在获得高击穿电压,低电流崩塌效应的高性能器件的同时,尽可能少的引入场板寄生电容。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 GaN 微波功率器件的优势
• 1.2 AlGaN/GaN 材料与HEMT 器件发展历程以及本文的研究意义
• 1.2.1 AlGaN/GaN 材料与HEMT 器件发展历程
• 1.2.2 本文的研究意义
• 1.3 FP-HEMTs 国际国内研究现状
• 1.4 本文的主要工作与安排
• 第二章 ALGAN/GAN FP-HEMTS 的制造与击穿电压的测试方法
• 2.1 AlGaN /GaN FP-HEMTs 的制造
• 2.1.1 AlGaN/GaN HEMTs 制造的工艺流程
• 2.1.2 AlGaN/GaN FP-HEMTs 的制造
• 2.2 击穿电压的测量
• 2.2.1 常规击穿电压测量的方法以及其局限性
• 2.2.2 漏极电流注入技术（DCIT）
• 2.3 场板提高击穿电压机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 场板结构ALGAN/GAN HEMTS 的电流崩塌机理
• 3.1 AlGaN/GaN HEMTs 中的电流崩塌现象
• 3.1.1 电流崩塌现象
• 3.1.2 电流崩塌现象的虚栅解释模型
• 3.2 AlGaN/GaN FP-HEMTs 的电流崩塌机理
• 3.2.1 钝化与场板器件在不同漏电压下的电流崩塌
• 3.2.2 场板器件电流崩塌机理研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 ALGAN/GAN FP-HEMTS 场板尺寸的优化分析
• 4.1 对不同场板尺寸的AlGaN/GaN FP-HEMTs 的仿真
• 4.1.1 ATLAS（Silvaco）软件
• 4.1.2 不同场板尺寸AlGaN/GaN FP-HEMTs 的仿真和分析
• 4.2 AlGaN/GaN FP-HEMTs 场板尺寸的优化分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士期间的研究成果和参加的科研项目