典型场效应器件电荷控制模型研究-凝聚态物理专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 日期： 年 月 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后应遵守此规定） 签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 万方数据 万方数据 摘 要 摘 要 电荷控制模型描述了器件导电机构在栅压调控下变化的规律，它是场效应器 件建模的核心部分之一。目前，场效应器件的电荷控制模型有两种建模方法：基 于阈值电压模型与基于表面势的模型。由于历史原因，基于阈值电压的电荷控制 模型一直是场效应器件建模的主流方法。随着微电子技术的发展，器件的尺寸越 来越小，低维量子效应凸显，人们越来越强调紧凑建模（compact modeling）的思 想，即利用统一的数学模型精确描述器件从强反区到积累区的性质。表面势建模 方法因其物理意义明晰、模型紧凑精确而再次受到人们的关注。 场效应器件有 MOS 与半导体异质结两类典型结构。作为当今应用最广泛的 器件结构，MOS 结构的建模研究一直是一个重点领域。而对于半导体异质结，新 兴的第三代半导体 GaN 基器件因其电子迁移率高、耐压性好以及耐高温等优良品 质，成为异质结器件的研究热点。 本文从器件物理的角度出发，系统研究了 MOS 结构与 AlGaN/GaN 异质结结 构的电荷控制建模技术。全文研究内容主要分为以下几个部分： 1、综述了目前国内外 MOS 器件表面势建模及 AlGaN/GaN 异质结器件电荷 控制建模的研究成果，在此基础上分析并提出了当前研究工作中存在的问题。 2、详细论述半导体界面（表面）电荷分布在半经典条件与量子条件下的计算 方法。在量子效应部分，发展了一种基于定态微扰论的计算二维电子气基态性质 的方法。该方法导出的结果比变分波函数自洽法更为符合数值解，具有更好的精 度，可以用于基于 2DEG 传导电流的器件建模。 3、介绍了 MOS 结构阈值电压与表面势两类电荷控制模型。作为一种半量子 修正，发展了一种考虑表面反型（积累）层电荷简并效应的表面势电荷控制模型。 该模型导出的栅电容比非简并模型更符合实验数据，显示了新模型的有效性与实 用性。 4、介绍了 AlGaN/GaN 异质结器件结构及工作原理。基于线性泰勒展开的方 法，发展了一种含温度变量的解析线性电荷控制模型。该模型参数由解析表达计 算，可以方便的给出不同温度下的值而不涉及任何数值方法，并有一定的精度。 在此解析电荷控制模型基础上，结合场致速度关系导出考虑温度变量的解析直流 输出特性，并与实验数据对比。在含温 I-V 模型的基础上，研究了蓝宝石与 SiC I 摘 要 为基底的 AlGaN/GaN HEMT 自热效应及热处理措施。 本文的研究成果具有较高的准确性与实用价值，有望对 MOS 及 AlGaN/GaN 异质结器件的建模提供参考与指导。 关键词：电荷控制模型，简并效应，表面势，微扰法，场效应结构与器件 II ABSTRACT ABSTRACT One of the core mechanisms of field effect (FE) devices modeling, charge control model describes the variation of carriers charge density with gate voltage. Now, charge control modeling of FE devices can resort to two methods: threshold voltage-based (VTH-based) model and surface potential-based (?s-based) model, in which the former, owing to some historical factors, has been dominating in FE device modeling. With the development of microelectronic science and technology,