GaN基Ni/Au肖特基接触模拟和实验研究

摘要

GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率大、电子饱和漂移速度高等特点，在高温，微波功率器件以及紫外探测器等领域具有极大的应用价值。肖特基接触是GaN基电子器件制作过程中的关键因素之一，国内对其深入研究较少。在这种背景下，本文对n-GaN和AlGaN/GaN异质结上的Ni/Au肖特基接触作了模拟和试验的研究。主要工作和成果如下:
　　首先，利用二维数值模型对GaN肖特基接触进行了模拟仿真，研究了GaN衬底掺杂浓度、金属和半导体接触界面层的厚度以及器件的工作温度对肖特基器件电学性质(主要是I-V特性和电场分布特性)的影响。
　　其次，在传统的金-半接触电流输运机理基础上，利用变温 I-V，C-V测试，研究了Ni/Au-n-GaN肖特基接触的电流输运机制，并对肖特基势垒高度与理想因子的提取方法进行了修正，使得拟合曲线很好的符合试验数据，由此得到了肖特基接触的势垒高度和理想因子随温度的变化规律：发现高温I-V法与低温C-V法提取的势垒高度接近于根据金属功函数得出的理论势垒高度值，与参考文献相符合。分析了GaN表面介质层材料中氧化层厚度以及Si掺杂浓度等因素对肖特基接触的影响，并证实了仿真得到的结果。实验中发现在Si掺杂浓度为1017cm-3左右的时候肖特基接触性质最好，而且界面氧化层对形成肖特基接触存在有益的影响。
　　最后，利用变温 I-V，C-V测试，实验研究了Ni/Au-AlGaN/GaN材料肖特基接触的电流输运机制，实验研究了GaN材料中Al的摩尔组分对肖特基接触的影响，并对比了变温度条件下的Ni/Au-n-GaN与Ni/Au-AlGaN/GaN肖特基接触势垒高度与理想因子变化趋势的异同。解析变温度测试得到的C-V曲线的意义，并且根据C-V曲线计算得到了不同温度下二维电子气的浓度分布。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 GaN基材料的简介

1.2 GaN基肖特基接触研究进展

1.3本论文主要内容及其研究意义

第二章 金属半导体接触的基本理论

2.1金属和半导体接触的基本理论

2.2金属-半导体接触分类

2.3肖特基接触的势垒

2.4本章小结

第三章 Ni/Au-GaN肖特基接触的仿真研究

3.1仿真的目的和意义

3.2仿真采用的器件结构以及仿真理论模型的选择

3.3 仿真的结果及其分析：

3.4针对仿真数据提出优化肖特基器件的性能的方法

3.5本章小结

第四章Ni/Au-GaN肖特基接触实验研究

4.1器件结构和工艺过程

4.2数据处理方法

4.3器件的测试和数据处理

4.4本章小结

第五章 Ni/Au-AlGaN/GaN 肖特基接触实验研究

5.1 器件的构建和器件结构

5.2 器件的测试和数据处理

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的成果