AlGaN/GaN異質結場效應晶體管（AlGaN/GaN HFET）因其優(yōu)異的材料特性、良好的器件性能,被認為是未來替代硅基功率器件的熱門選擇之一。AlGaN/GaN異質結在形成高面密度、高電子遷移率的二維電子氣（2DEG）的同時也使得傳統(tǒng)AlGaN/GaN HFET本質上為耗盡型器件,限制了其在功率電子領域的應用。其次,柵極電場集中效應與緩沖層漏電等問題容易引發(fā)AlGaN/GaN HFET提前擊穿,導致器件的平均擊穿電場遠低于GaN材料的臨界擊穿電場。為解決上述問題,本論文提出了兩種新型AlGaN/GaN HFET功率器件,并對其機理、靜態(tài)特性及關鍵參數(shù)展開了研究。1.針對傳統(tǒng)AlGaN/GaN HFET擊穿電壓遠低于理論值及閾值電壓與開態(tài)電流之間存在制約關系的問題,本文提出了一種對稱極化摻雜增強型AlGaN/GaN HFET功率器件。該結構采用Al組分對稱漸變的AlGaN勢壘層,因極化梯度而分別在正向漸變AlGaN層和逆向漸變AlGaN層中誘導產(chǎn)生三維電子氣（3DEG）和三維空穴氣（3DHG）。第一,正向漸變AlGaN層中存在的高濃度3DEG顯著提升器件的輸出電流。第二,新結構利用... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

不同半導體材料比導通電阻與擊穿電壓的理論極限圖

aN 功率器件的比導通電阻與硅基功率器件相比要低三個數(shù)量級以上電阻可以顯著降低器件的導通損耗。AlGaN/GaN 異質結可極化產(chǎn)生電子氣（2DEG），這是同為第三代半導體材料 SiC 所不具有的，因 SiC 相比仍有較大的優(yōu)越性。隨著硅基 GaN 異質外延技術日益成熟以與傳統(tǒng)硅基 CMOS 工藝兼容，使得 GaN 器件的成本遠低于 SiC 器一代移動通信技術等應用對電力電子器件高頻率、寬帶寬、高效率成本的需求。aN 與 SiC 電力電子器件有比較清晰的市場劃分，SiC 器件主要用于高壓工業(yè)應用領域，GaN 功率器件則在 900 V 以下有較大優(yōu)勢。根戰(zhàn)略咨詢公司 Yole Développement（簡稱 Yole）2017 年發(fā)布的一份率器件市場規(guī)模將從 2017 年的 2000 萬美元增長至 2022 年的 4.6 億aN 電力電子器件市場升溫的主要因素為收入巨大的汽車電子和消費增長，此外，航空航天、軍事及國防等領域越來越多地應用 GaN 射是其主要推動因素。

(a) (b)圖 1-3 GaN 晶格結構示意圖。(a)纖鋅礦晶體結構；(b)閃鋅礦晶體結構作為第三代半導體材料的典型代表之一，GaN 具備高禁帶寬度（3.4eV擊穿電場（3.3MV/cm）、高電子飽和速度（2.5 107cm/s）、耐高溫、化學以及抗輻射等優(yōu)良特性，非常適合應用于高頻大功率器件，因此逐漸受多研究者的關注。表 1-1 列出了幾種常見半導體材料的物理參數(shù)，通過對以看出 GaN 材料具有明顯的優(yōu)勢，在未來的功率應用領域，GaN 材料被i 的理想替代材料。表 1-1 幾種常見半導體的材料參數(shù)[4-5,41]材料 Si GaAs（砷化鎵） 4H-SiC GaN相對介電常數(shù) 11.9 12.5 10 9.5禁帶寬度（eV） 1.12 1.43 3.2 3.4


本文編號：2909598