毫米波GaN基HEMT器件研究
GaN材料卓越的电学特性使得GaN基HEMT器件日益成为毫米波功率器件的重要选择。本论文首先概括了GaN基HEMT器件的国内外发展现状，提出了毫米波GaN基HEMT器件的研究意义；并对GaN基HEMT器件的基本结构和工作原理进行了简单的介绍。 对GaN基HEMT器件的设计进行了仿真研究。基于新一代TCAD工具-Sentaurus Device中的物理模型的合理选择及参数修正，进行GaN基HEMT器件的设计模拟；研究了T栅尺寸对fT/fmax的影响，为实验提供参考。通过仿真实验可得到以下结论：栅帽宽度同时影响Rg、Cgs和Cgd。随着栅长（>100nm）减小，fmax单调增大。 研究了短沟道效应对毫米波AlGaN/GaN HEMT器件直流和频率特性的影响。当栅长缩短至50nm时，栅控能力严重下降，亚阈值电流会急剧增加，最大直流跨导下降，器件阈值电压严重漂移，最终导致器件频率特性和功率特性衰退。分析了器件电流增益截止频率的变化情况，发现当栅长从250nm减小到50nm时，fTLg从13.4GHzμm下降至4.4GHzμm。最后分析了栅长-沟道纵横比和器件性能退化的关系，发现当纵横比减小至6时，阈值电压漂移超过25％，fTLg下降约32%。 在建立精准的仿真模型并提出优化后各项参数范围的基础上，不断突破工艺水平，制备出AlGaN背势垒结构InAlN/GaN HEMT器件，频率特性fT、fmax分别达到60GHz、105GHz；制备出AlGaN/GaN HEMT器件，其fT、fmax分别达到102 GHz和147 GHz。 建立了GaN基HEMT器件小信号等效电路模型。系统地分析了AlGaN/GaN HEMT器件的各种电学机制，建立了包括寄生元件和本征元件在内的小信号等效电路模型。基于器件在不同偏置电压下测试得到S参数，将S参数转化成Y参数与Z参数，对小信号等效电路的元件参数进行提取。实验表明，为验证的准确性，把提参算法提取的小信号参数代入到等效电路中进行S参数仿真，并与实际测试的参数进行比较，分析表明，提参算法提取参数的仿真结果与测试数据符合很好。
毫米波;GaN材料;HEMT器件;基本结构;电学机制
河北工业大学
博士
微电子学与固体电子学
赵正平
2013
中文
TN386
114
2015-07-01（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）