GaN基高电子迁移率场效应管的可靠性研究

虽然Ga N基高电子迁移率场效应管(HEMT)在高频大功率器件方面具有突出的优势并已经在应用领域取得了重要的进展,但由于Ga N基HEMT器件的材料缺陷密度高、高电场工作环境、Ga N基异质结特有的强极化效应以及工艺复杂等问题,使得Ga N基HEMT的可靠性问题十分突出。这些问题导致现有Ga N基HEMT器件的实际表现一直与其理论值有一定差距。因此,要想实现Ga N基HEMT器件全面、广泛的商业应用,必须对其可靠性做深入的研究分析。在该文中,我们利用不同的测试方法,从不同的角度对Al Ga N/Ga N HEMT的可靠性问题进行了研究。首先,我们观察并讨论了Al Ga N/Ga N HEMT器件输运过程中由载流子的俘获导致的Kink效应。实验表明:载流子俘获过程是由高场诱导的栅极电子注入到栅极下Al Ga N势垒层中深能级的过程;载流子的去俘获过程则是由沟道中的热电子碰撞离化被俘获的电子引起的。其次,我们对Ga N基HEMT器件进行了阶梯电压应力可靠性测试,并观察到了一个临界应力电压,超过这个临界电压后Al Ga N/Ga N HEMT可以从之前的低电压应力引起的退化中逐渐恢复。研究发现:低电压应力引起的器件的退化是由电子在表面态或者体缺陷中被俘获引起的;器件性能的恢复则是由于电场诱导的载流子去俘获机制。最后,我们利用不同的测试方法详细分析了关态下Al Ga N/Ga N HEMT的击穿特性和电流传输机制。我们在三端测试中观察到了与缓冲层相关的Al Ga N/Ga N HEMT的过早硬击穿现象;然后我们利用漏极注入测试方法验证了源-漏间缓冲层漏电的存在。分析结果表明缓冲层漏电是由电场引起的势垒下降、能带弯曲和缓冲层缺陷共同决定的。在电场足够高的时候,缓冲层漏电可以引起Al Ga N/Ga N HEMT过早发生硬击穿。     

全In组分可调InGaN的分子束外延生长

Ⅲ族氮化物InxGa1-xN合金为直接带隙半导体,其禁带宽度随着In组分变化从3.43 e V(Ga N)到0.64e V(In N)连续可调,波长范围覆盖了0.3–1.9μm,具有电子饱和速度高和光学吸收系数大等特点,是制备高效率全光谱太阳能电池和白光照明器件的理想材料.由于缺少合适的衬底,In N和InxGa1-xN薄膜通常生长在蓝宝石或Ga N模板上.本论文综述了采用MBE方法,在蓝宝石衬底和Ga N模板上生长了In N和全组分InxGa1-xN薄膜的生长行为和材料物理性质.利用MBE边界温度控制法在蓝宝石衬底上生长高室温电子迁移率的InN薄膜,利用温度控制外延法在Ga N/蓝宝石模板上制备了全组分InxGa1-xN薄膜.     

声表面波单电子输运器件频率响应特性的分析

在GaAs/Al0.3Ga0.7As异质结上制作千兆赫兹的声表面波(SAW)单电子输运(SAWSET)器件, 实验上利用网络分析仪测得了SAWSET器件的频率响应特性. 借助耦合模理论和P矩阵级联算法, 对SAW在SAWSET器件中的传播特性, 尤其是对其频率响应进行了分析. 结果表明理论计算值与实验符合较好.     

平面非周期聚焦光栅的模拟设计

使用严格耦合波分析和有限元模拟方法,设计了一种新颖的亚波长非周期高对比折射率光栅(HCG).该HCG的结构参数在1.55μm波长能同时满足在Si材料上制作聚焦反射镜和在Ga N材料上制作聚焦透镜,且具有符合微电子工艺的平面结构.模拟结果显示,2种HCG都具有大的数值孔径、很高的衍射系数和优秀的聚焦能力.由于具有相同的HCG结构参数,聚焦透镜和反射镜可以在制作工艺上使用同一光刻掩模版,这对需要聚焦功能的器件,尤其是Si和III族氮化物集成器件的设计制作,提供了极大的方便.     

ZnO薄膜声表面波型SF6气体传感器的研究

提出了一种基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器.将利用微乳液法制备的ZnO颗粒制作在声表面波器件上,形成了一种对SF6气体具有物理吸附和脱吸附作用的ZnO薄膜.应用小波函数加权的输入换能器和具有抑制体声波作用的多条耦合器到声表面波器件中,传感器的频率响应特性得到了提高.声表面波器件的双声路结构消除了因外界测量条件改变引起的测量误差,进一步提高了传感器的可靠性和准确性.实验结果表明,基于ZnO薄膜的声表面波型SF6气体传感器具有较好的重复性和较强的连续测量特性,在测量范围内对各种浓度的SF6气体具有好的响应特性,传感器在9(SF6)为0.5×10-6到20×10-6范围内的线性灵敏度大约为7.3 kHz/10-6,但对CO2、N2具有一定的交叉灵敏度.     

微晶硅应变计压力传感器的研制

本文介绍了n型微晶硅应变计传感器的研制工作。从应变计的灵敏系数K=-30.5和灵敏系数的温度系数α_k=-0.08%℃~(-1)等主要参数可以看到:用微晶硅制作的应变计,灵敏系数高,温度特性和线性度好,是传感器领域里很有希望的一种新器件。     

基于共振隧穿结构的压力传感器稳定性研究

基于共振隧穿结构的压力传感器的优点是灵敏度高且可调,但是稳定性不好,分析了影响振荡稳定性的原因,提出调整I-V特性曲线负阻区宽度及斜率的方法以提高器件的稳定性.利用共振隧穿结构在负阻区域的滞后(Hysteresis)和平台效应(Plateau-like),通过改变结构参数,如量子阱宽度、掺杂浓度等,加宽负阻区域,减小斜率,达到提高器件稳定性的目的.     

基于极化不敏感超材料的类电磁诱导透明特性研究

设计了一种由4条金属直线和1个圆环构成的类电磁诱导透明超材料，当电磁波垂直入射到该超材料表面时，其具有水平极化和垂直极化不敏感特性。仿真了超材料的传输曲线特性，以及其表面电流分布特点，计算了相位传输曲线和群折射率，并对其介电常数传感特性进行了分析。计算所得群折射率最大值可达380，说明该超材料可用于制作慢光器件。用于制作传感器时，其D_FOM值约为20.13，与前人所设计的传感器相比，具有较高的灵敏特性。研究结果表明，该超材料在制作慢光器件和传感器件方面具有一定的应用价值。     

氢热处理绝缘体表面对金属-绝缘体-金属开关器件I-V特性的影响

在氢气气氛下对绝缘体表面进行热处理提高金属-绝缘体-金属（MIM）器件的I-V特性曲线的对称性,简化了该器件的制作工艺,并探讨底电极掺氮对MIM器件I-V特性曲线的影响,用n-n--n能带模型对MIM器件的I-V特性曲线对称性加以解释．     

高效功率放大器温度可靠性研究

该文研究了Ga N HEMT开关类功率放大器的直流特性和功率传输特性随温度变化的现象.本文基于Ga N HEMT设计了开关E类功率放大器,并通过加速寿命试验的方法研究了该功率放大器的直流和交流温度特性.研究表明由于Ga N HEMT的高温退化特性使得所设计的开关E类功率放大器的工作电流、小信号增益及最大输出功率等随温度升高均有降低.