摘    要：氮化镓(GaN)材料是第三代半导体材料的主要材料之一，是制备电子器件的理想材料。由于材料的自发极化效应和压电极化效应，GaN基HEMT器件沟道处存在高浓度的二维电子气（2DEG）。P型栅技术是制备增强型器件的主要方法之一，通过在势垒层上生长一层p型GaN来完全消耗沟道处的二维电子气。在用于工业生产之前，需对器件进行深入研究。本文结合理论计算和器件仿真两种方法，对P型栅结构GaN基HEMT器件的负跨导效应进行了仿真和分析。

采用Silvaco TCAD软件设置器件的结构和缺陷，仿真了漏极电压为10V，栅极电压从0V到10V时的转移特性。发现在栅极电压为5V时，漏极电流饱和并呈现下降趋势，器件出现负跨导现象。

为了进一步研究缺陷对负跨导效应的影响，仿真了不同缺陷浓度和不同缺陷俘获截面的转移特性。发现当缺陷浓度达到6e17cm-3，缺陷俘获截面达到1e-14cm2时，会出现负跨导现象，并且随着缺陷浓度和缺陷俘获截面的增大，负跨导现象会越来越显著。

仿真了栅漏电流曲线，在缺陷浓度为6e17cm-3以及缺陷俘获截面为1e-14cm2时，大栅压下栅极电流不断增加。当栅电压大于5.5V时栅极电流大于漏极电流，说明栅极对沟道电子的吸引力增强。

为了分析缺陷对负跨导效应影响的物理机制，仿真了栅极电压为5.5V时，不同缺陷浓度和不同缺陷俘获截面下器件的能带结构和电场强度。发现当缺陷浓度和缺陷俘获截面增加时，不仅沟道中电子隧穿的概率增加，栅极对沟道电子的吸引力也会增强，这会导致电子浓度下降，从而使器件电流的下降，因此出现负跨导效应。

关键词：氮化镓；高电子迁移率晶体管；缺陷；负跨导效应

目   录

摘   要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1 研究背景-1

1.2 GaN基半导体异质结构-2

1.2.1 GaN的极化效应-2

1.2.2 AlGaN/GaN异质结构-3

1.3 GaN基HEMT器件-3

1.3.1 GaN基HEMT器件的工作原理-3

1.3.2 GaN基HEMT器件的主要参数指标-4

1.3.3 增强型GaN基HEMT器件-5

1.4 GaN基HEMT器件的研究进展-7

1.5本文的主要工作-8

第二章  P型栅结构GaN基HEMT器件的物理模型和数值算法-10

2.1 引言-10

2.2 泊松方程和载流子连续方程-10

2.3 载流子统计模型-11

2.4 迁移率模型-12

2.5 载流子产生复合模型-12

2.6 数值算法-12

第三章  P型栅结构GaN基HEMT器件的缺陷与负跨导效应研究-14

3.1 引言-14

3.2 器件结构和缺陷-14

3.3 转移特性-15

3.4 缺陷浓度对器件负跨导效应的影响-16

3.4.1 不同缺陷浓度时器件的转移特性-16

3.4.2 栅漏电流分析-17

3.4.3 能带结构分析-18

3.4.4 电场强度分析-18

3.5 缺陷俘获截面对器件负跨导效应的影响-20

3.5.1 不同缺陷俘获截面时器件的转移特性-20

3.5.2 栅漏电流分析-20

3.5.3 能带结构分析-21

3.5.4 电场强度分析-22

3.6 本章小结-23

第四章  总结与展望-25

4.1 本文总结-25

4.2 工作展望-26

参考文献-27

致  谢-29