基于極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件研究

基于極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件研究基于極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件研究

引言

隨著移動通信、無線電頻率、網(wǎng)絡(luò)和軍事領(lǐng)域的快速發(fā)展，對功率放大器的需求越來越高。而GaN基增強型高電子遷移率晶體管（HEMT）由于其高電壓和高功率能力被認(rèn)為是下一代高頻功率放大器的理想選擇。然而，利用GaN材料進行高頻功率放大的過程中普遍存在一種稱為電子漏泄的現(xiàn)象，即非導(dǎo)通區(qū)電子進入導(dǎo)通區(qū)。為了解決這個問題，近年來基于極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件研究得到了廣泛關(guān)注。

1.GAN基增強型HEMT器件的原理和現(xiàn)狀

GaN基增強型HEMT器件是在GaN材料上長出AlGaN層，并通過離子注入或金屬有機化學(xué)氣相沉積來形成了一個具有二維電子氣（2DEG）的界面。2DEG層具有高電子遷移率，因而具備優(yōu)異的導(dǎo)電性和高頻特性。然而，GaN材料中的缺陷、厚度不均勻和雜質(zhì)等因素會導(dǎo)致在非導(dǎo)通區(qū)域產(chǎn)生電子漏泄，從而降低了器件的性能。

2.極化調(diào)控的原理

在極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件中，通過改變設(shè)計和制備工藝中的參數(shù)，控制GaN材料中的極化效應(yīng)，以減小電子漏泄的現(xiàn)象。主要方法包括在GaN材料表面引入偏置二維電子氣、調(diào)節(jié)材料組分和控制材料生長的方向等。通過這樣的極化調(diào)控，可以增強材料的導(dǎo)電性能，并改善HEMT器件的性能。

3.極化調(diào)控方法及其效果

3.1表面偏置二維電子氣

在制備GaN基增強型HEMT器件時，在GaN材料表面引入偏置二維電子氣層，可以有效減小非導(dǎo)通區(qū)域中的電子漏泄。這是因為二維電子氣層的引入能夠提高材料在非導(dǎo)通區(qū)的屏蔽效應(yīng)，減少電子的散射，提高導(dǎo)電性能。實驗證明，通過這種方法可以顯著改善HEMT器件的關(guān)斷電流、漏電流和截止頻率等性能指標(biāo)。

3.2調(diào)節(jié)材料組分

調(diào)節(jié)GaN材料中的組分，例如在GaN材料中引入In元素，可以改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，減小電子漏泄現(xiàn)象。因為In元素的局域化能夠提高材料的電子氣濃度，并增加禁帶高度，從而減小了電子從非導(dǎo)通區(qū)到導(dǎo)通區(qū)的能帶彎曲，降低了電子漏泄的概率。此外，通過合適的調(diào)節(jié)材料組分，還可以改善HEMT器件的漏電流、遷移率和導(dǎo)通電流等性能。

3.3控制材料生長的方向

GaN基增強型HEMT器件中，通過控制材料生長的方向，可以改變材料的電子輸運特性，減小電子漏泄。例如，在外延生長時選擇合適的晶面定向，可以改善材料的電子遷移率，減小非導(dǎo)通區(qū)中的電子漏泄。實驗證明，在選擇合適的生長方向后，HEMT器件的電流漏泄和關(guān)斷電流等性能表現(xiàn)得更加優(yōu)良。

結(jié)論

基于極化調(diào)控的GaN基增強型HEMT器件研究為解決電子漏泄問題提供了一種有效的方法，通過調(diào)控GaN材料中的極化效應(yīng)，可以顯著改善器件的性能。表面偏置二維電子氣、調(diào)節(jié)材料組分和控制材料生長方向等方法都能有效減小電子漏泄現(xiàn)象，提高HEMT器件的導(dǎo)電性能和高頻特性。隨著對GaN基增強型HEMT器件的深入研究，通過極化調(diào)控的方法不斷優(yōu)化，相信將能夠進一步提高器件的性能，滿足不同領(lǐng)域?qū)β史糯笃鞯男枨缶C上所述，通過極化調(diào)控的方法，可以有效解決GaN基增強型HEMT器件中的電子漏泄問題。調(diào)節(jié)材料的極化效應(yīng)可以改變材料的能帶結(jié)構(gòu)，減小電子漏泄現(xiàn)象，并提高器件的導(dǎo)電性能和高頻特性。通過表面偏置二維電子氣、調(diào)節(jié)材料組分和控制材料生長方向等方法，能夠減小電子從非導(dǎo)通區(qū)到導(dǎo)通區(qū)的能帶彎