PHEMT的材料结构、质量表征与直流输运特性的关系及其时优化选择.pdfVIP

PHEMT的材料结构、质量表征和直流输运特性 的关系及优化选择 崔立奇张文俊李效白贾海强 (6ahs超高速集成电路和微渡功率器件国家重点实验室) 摘要：本文较完整地研究PHEMT(HB舯)材料结构和直流输运特性之间的关系，给 出教学物理结构模型；并指出大功率高效率PHE舯所用材料在结构设计方面的 技术关键，有利于提高材料生长质量和进行器件特性分析与研究． 1．引言 针对最近几年国际上PHEblT的栩料构成方式，在肖特基势垒层进行平面掺杂，接近异质结界 面有一个尺寸可变的隔离层的情况，异质结两边的半导体材料组份由优化的选择来确定。给出数 学物理结构模型。据此模型可对艇MT(PHFAdT)的材料结构尺寸，29EG浓度，沟道电流等及它们 之闯的相互关系进行计算和实验对比，提供器件和材料纵向结构的优化设计依据。 2基本原理概述一数学物理模型的建立 以异质结界面势阱中的面密度n。为中心，n：是由势阱中分立的电子能级性质决定的，电子 在能级上的分布遵守费米狄拉克统计，n。的大小与宽带隙半导体掺杂的浓度及位置有关，它们之 间的联系是由结界面处电场连续性建立起来的，而电场和电荷分布可由泊松方程及其边界条件解 得。再将这些关系用公式和模型表达出来。 2．1异质结两边半导体中的泊松方程解 在宽带隙半导体区域和平衡情况下，泊松方程为佳： d2v／dx2=一qn2(x)／￡o￡，。 (1) 由界面上电场连续性条件可以得到： E08，I{】。=．qns=￡0￡，2E20 (2) 於是： n：=6。Nd (3) 2．2势阱中的薛定锷方程解 异质结界面两边的材料结构决定了势阱的宽度和深度，当有效质量近似成立．井可视为各向 同性，且电子的能量不太高时，可通过解薛定锷方程求得垂直于界面方向的波函数和能量本征值。 对于阱内和阱外两个区域，可分别写比本征值方程： ～axa d2‘D(r)／dx2+2m‘∞(r)／h2=0 (4) d2(p(r)／dx2十2m．(E—Uo)Q(r)／卉2=Ox一a，x)a (5) E的数值从(4)、(5)式出发求解。采用图解法．从圆和超越曲线的交点求得能量E的 分离值。知道势阱中的分离能量之后，就可求得2DEG浓度。电子分布作为费米能级位置和温度 的函数，可由费米一狄拉克统计分布求得。 23二维电子气浓度解 我们己经知道，2DEG浓度n。可由异质结两边半导体中的泊松方程解得出，也可由势阱中的 薛定锷方程解得出。由(3．】)可得? 216 D；=(九2心2+2￡0c伸NdV20／q)172一九心 (6) 2DEG浓度被表达为： 舻主n，=∑D．(E)8f；(E。一E，)dE (7j i-O E 式中，费米能级的位置由下式给出： A Ef：△E。一V20 (8) 分别由(6)和(8)式隶得的几，和n。应当是自恰的，也就是说n。，和n；。应当等于真实的 2bEG面密度13_：，这种自恰可岛改变费米能级的位置(平衡过程)求出。 2．4场效应管的夹断电压和沟道电流 获得2DEG的面密度n。之后，就可推算FET的沟道电流。在栩料结构参数确定之后，就可推 算FEr的夹断电压。 Vm2V。一V2。 (9j V。可由电荷的双积分求得： Oo) VD=q(nod2+Nd