AlGaN/GaN HEMT器件具有击穿电压高、工作频率高及抗辐射能力强等优点,在微波电路、电力电子等领域应用广泛。由于AlGaN/GaN异质结中存在着自发极化和压电极化效应,所以常规的HEMT器件是耗尽型器件。在电力电子领域中需要使用增强型器件,所以要通过技术方案实现增强型的HEMT器件。通过几种增强型方案的对比,Cascode方案和p-GaN方案已经有部分产品推出,但这两种方案仍然存在一些缺点和限制。凹栅MIS-HEMT结构较为简单,阈值电压较高,且输出电流也较大,是AlGaN/GaN增强型器件非常有潜力的一种技术方案。本篇论文就针对不同介质的MIS-HEMT器件,进行增强型器件的制备和特性分析研究,本文所做的主要工作如下:1、研究不同势垒层厚度对器件特性的影响,设计和制备了三种势垒层厚度的凹栅MIS-HEMT器件,通过ICP干法刻蚀的方法来控制栅下方势垒层厚度,介质层使用HfO2。当势垒层厚度降低到0 nm时,阈值电压达到3.7V,FOM值为167MW/cm2,在增强型器件中属于较高的指标。通过对能带结构的分析,建立了不同势垒层厚度的凹栅MIS-HEMT器件的阈值电压模型,得到了势垒层厚度、介电常数等参数和阈值电压的关系。三种结构的器件经过退火处理之后,器件的阈值电压负偏,饱和电流增加,并对刻蚀后的HfO2/AlGaN界面进行界面态处理和分析,界面陷阱和固定电荷的密度都大幅降低。紧接着,研究Al2O3介质和HfO2介质对MIS-HEMT器件特性的影响,在同样6 nm的势垒层厚度下,器件的最大饱和电流基本一致,介电常数和跨导峰值正相关,Al2O3器件的跨导比HfO2器件的跨导低了 46%。对于同样势垒层厚度的增强型器件,介电常数越小,对应的阈值电压则越高,即等势垒层厚度下,Al2O3器件的阈值电压更高。对器件的界面原子分布进行分析,由于Al2O3和AlGaN的界面悬挂键更少,所以对应的MIS-HEMT器件具有更好的动态特性。2、研究其他质层的MIS-HEMT器件,采用PECVD生长不同厚度的Si3N4介质。Si3N4介质层在经过刻蚀之后,耐压能力大幅的降低。对于13 nm介质层器件,当势垒层只有3 nm时,阈值电压仍然为-3 V,没有实现增强型。当势垒层很薄,沟道中电子较少时,用PECVD生长的Si3N4可以额外的吸出电子,使栅下方区域处沟道的电子浓度提高,所以需要更负的栅压才能将栅下方的电子耗尽。紧接着,对PZT介质进行研究,具有铁电特性的PZT介质层可以对器件阈值电压进行调控。不同的栅压扫描速度得到的电流不同,当栅压扫描速度为2 V/s以及栅压达到10 V时,最大饱和电流达到了 800 mA/mm,而当栅压扫描速度增加到20 V/s 时,最大饱和电流降低到了 450 mA/mm。由于 PZT层内有极化电荷,而极化电荷可以对栅下方的沟道电子数量进行调控,从而影响到了沟道的电流值。通过极化电荷的调控,可以使器件的阈值电压正偏量最大达到4.1 V。文中提出了等效极化电荷模型,通过对PZT层当中的极化电荷进行等效计算,从而计算出对沟道电流的影响,与实验值基本相符。3、设计了 p型氧化物结合薄势垒的结构来实现增强型MIS-HEMT器件。采用了5 nm薄势垒结合CuO的方案,可以获得阈值电压为0.2 V的增强型器件,阈值电压比常规的HEMT器件正向偏移量达到了 0.9 V。对CuO MIS-HEMT器件在不同温度下的特性进行了研究,当温度从20℃增加到300℃时,CuO的相对介电常数从18.1增加到了 47.1,通过XRD的测试结果可知,在不同温度下,CuO的晶体结构发生了变化,导致单位体积内的偶极距增加,因此CuO的介电常数升高。其次,使用了两种p型的氧化物CuO和NiO进行对比,并制作了纳米沟道的Fin-MIS-HEMT,并且设计了不同Fin宽的器件。同一种介质时,随着Fin宽的减小,器件的阈值电压增加。Fin宽为60 nm的CuO和NiO器件的阈值电压分别为0.3 V和0.6 V。对Fin结构的侧栅电容进行积分计算,从而得到Fin结构的栅电容的计算方法,进一步得到Fin-MIS-HEMT器件的阈值电压模型,为Fin-MIS-HEMT器件的设计提供一定的理论指导。4、对大栅宽器件的关键技术参数和工艺环节进行了系统的设计,说明了各个关键参数的设计和选择依据,并制作了大栅宽器件的光刻版,同时完成了8mm栅宽大器件的制备。最终实现了增强型大栅宽器件,阈值电压为0.2 V,当栅压达到7 V时,漏端实测电流达到了 1A,跨导最大值为0.22 S。