摘    要：作为第三代半导体材料，GaN具有第一代，第二代半导体诸如Si，GaAs所不具备的禁带宽度大、电子饱和速率高、临界电压更大、相对介电常数更小、导热性能更好等特点，因此使基于GaN材料的HEMT成为发展的主流。GaN材料由于本身结构的特点具有极化效应，极化效应中的压电极化以及AlGaN材料和GaN材料的导带的不连续性使AlGaN/GaN异质结界面的GaN一侧上形成高浓度的二维电子气（2DEG）。AlGaN/GaN异质结是构成GaN基HEMT器件的基础，GaN基HEMT器件通过在栅极上施加电压，控制二维电子气的浓度，进而控制漏极电流。通常的GaN基HEMT器件工作电压为负值，是耗尽型器件，使得驱动电路变的复杂，所以现在急需研究增强型器件。而凹槽栅结构就是通过刻蚀栅极下面的AlGaN势垒层厚度，进而耗尽二维电子气，实现增强型的一种技术。

本文的任务就是研究凹槽栅结构GaN基HEMT的电学特性，另外研究器件结构对电学特性的影响，进而研究如何优化器件结构。

在研究中主要是通过Silvaco软件仿真器件的电学特性，得到了器件的转移特性曲线以及输出特性曲线。然后分别通过改变凹槽深度，Al组分，AlGaN势垒层厚度得到器件的转移特性曲线和输出特性曲线，通过观察阈值电压和输出饱和电流了解器件结构对电学特性的影响；

并得出结论：随着凹槽深度的增加，阈值电压越来越大，输出饱和电流越来越小；随着Al组分的增加，阈值电压越来越小，输出饱和电流越来越大；随着AlGaN势垒层厚度的增加，阈值电压越来越小，输出饱和电流越来越大。

关键词：氮化镓；高电子迁移率晶体管；凹槽栅结构

目   录

摘   要

ABSTRACT

第一章  绪论-1

1.1 CaN材料1

1.1.1 GaN材料的优势1

1.1.2 GaN材料的结构1

1.1.3 GaN材料的极化效应2

1.2 GaN基HEMT器件-2

1.2.1 AlGaN/GaN异质结3

1.2.2 GaN基HEMT工作原理.3

1.2.3 GaN基HEMT器件主要参数.3

1.2.4 GaN基HEMT器件的发展.4

1.2.5 GaN基HEMT器件的可靠性.5

1.3 增强型GaN基HEMT器件-7

1.3.1 薄势垒层实现增强型器件-8

1.3.2 凹槽栅工艺实现增强型器件-8

1.3.3 氟离子注入实现增强型器件-8

1.3.4 p型栅结构实现增强型器件-8

第二章  Silvaco TCAD软件-9

2.1 Silvaco TCAD的主要组件-9

2.1.1 Deckbuild9

2.1.2 Tonyplot可视化工具.9

2.1.3 Athena.9

2.1.4 Atlas9

2.2 物理模型和数值算法-9

2.2.1 泊松方程和载流子方程.9

2.2.2 物理模型.10

2.2.3 数值算法.11

第三章  凹槽栅结构GaN基HEMT器件及其优化-12

3.1 凹槽栅结构GaN基HEMT器件结构与工作原理-.12

3.2 凹槽栅结构GaN基HEMT器件电学特性-12

3.3 凹槽栅结构GaN基HEMT器件结构优化-14

3.3.1 凹槽深度优化-14

3.3.2 Al组分优化-16

3.3.3 AlGaN势垒层优化-17

第四章  设计总结-19

参考文献-20

致  谢-21