增强型/耗尽型β-Ga2O3场效应晶体管研究

来源 :西安电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:eternaty
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
以硅(Si)材料为基础的工业半导体取得了前所未有的进步,然而其较小的带隙无法满足半导体器件在高压、高频、高功率以及短波长发光和探测等方面的需求。贝塔-氧化镓(β-Ga2O3)作为一种新型超宽禁带(UWBG)半导体,凭借其4.9 e V的超宽禁带、8 MV/cm的高击穿场强和较高的电子饱和漂移速度等优势受到了越来越多的关注。近年来,国内外关于β-Ga2O3基场效应晶体管(FET)器件的报道层出不穷,其较低成本的单晶生长技术、能够实现可控的施主掺杂,以及开关时的低损耗特性非常适合制作FET功率器件。但是,β-Ga2O3 FET器件研究仍然存在一些关键问题,过宽的带隙导致β-Ga2O3材料与金属难以形成较低的接触电阻,增加了器件在工作时的开态阻值和功率损耗,制备热稳定的欧姆接触对于提高器件在高温、高压下的表现的具有重要意义。此外,增强型器件的实现有利于拓展β-Ga2O3在大功率电力电子方面的优势。然而由于缺少合适的受主掺杂,少有增强型(E-MODE)的β-Ga2O3 FET报道。针对上述问题,本工作首先从β-Ga2O3结构的金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)器件仿真入手,深入了解器件的工作机理,然后对使用机械剥离的方式从β-Ga2O3体单晶中获得β-Ga2O3纳米带,制备了背栅结构的MOSFET器件,通过快速退火的方式优化了器件的接触电阻,最后研究了不同厚度纳米带的电学性能的变化规律,获得了最小厚度约为30 nm的增强型器件,本工作的具体工作总结如下:1.本文首先进行了横向背栅结构β-Ga2O3 MOSFET器件建模以及电学仿真工作。通过迁移率模型、载流子生成-复合模型等描述了β-Ga2O3沟道在开关状态下的载流子、电场和电势分布情况,从理论上验证β-Ga2O3可以通过调控沟道的不同厚度实现耗尽型和增强型器件;击穿特性仿真表明,β-Ga2O3厚度150 nm,载流子浓度2×1017cm-3,沟道长度4μm的无终端结构器件反向击穿电压达到234 V,漏端临界击穿场强达到4.8 MV/cm,证明了Ga2O3作为FET功率器件的耐压能力;此外,变温特性仿真表明,当工作温度从25℃提升到225℃,由于载流子迁移率增加从而使器件饱和电流提升约20%。2.然后本文进行了背栅结构β-Ga2O3 MOSFET器件制备与工艺优化工作。使用机械剥离方法获得非故意掺杂(UID Nd约为1.21×1017cm-3)β-Ga2O3纳米带异质集成到Si O2/Si绝缘衬底上,通过电子束光刻进行定位、完成欧姆图形化;通过增加沉积金属厚度和快速退火等手段降低了器件接触电阻,470℃退火后器件的传输线模型法(TLM)测试结果表明,金半接触类型由肖特基特性转变为欧姆特性,饱和电流从0.091 m A/mm提升到5.5 m A/mm,计算的Rc为16.52Ω·mm,与国内外主流的数据指标相当。工艺优化后,(300±10)厚的MOSFET器件的饱和电流最高达到6.22m A/mm;在200℃高温条件下,器件的开关比仍可达105,饱和电流达到12.5 m A/mm,证明了氧化镓器件在高温环境工作下的优势。此外,本文还摸索了适用于β-Ga2O3纳米带的感应耦合等离子体(ICP)刻蚀工艺,刻蚀后材料表面粗糙度仅为0.23 nm。3.最后得到了β-Ga2O3 MOSFET器件阈值电压随薄膜厚度变化的实验规律,制备了从耗尽型到增强型的MOSFET器件。利用胶带剥离获得了多组不同厚度(310-30nm)的β-Ga2O3纳米带并制备了MOSFET器件,其阈值电压范围从-95 V到60 V,当β-Ga2O3 MOSFET厚度减少到110 nm时,器件由D-MODE转变为E-MODE。110nm的E-MODE和200 nm的D-MODE器件击穿电压分别达到128 V和263 V,充分证明了β-Ga2O3 MOSFET器件的耐压能力。特别地,实验还制备了厚度约为30 nm的超薄β-Ga2O3 MOSFET器件,其关态电流最低为10-7 m A/mm,开关比达到6个数量级,这一厚度为近几年报道过的通过机械剥离手段获得的β-Ga2O3器件的最低厚度。
其他文献
木芙蓉(Hibiscus mutabilis L.)为落叶灌木或小乔木,为四川省成都市市花。因其花色艳丽、树形优美,具有极高的观赏价值而被广泛应用于城市绿化中。但是由于城市绿地荫蔽环境较多,木芙蓉在实地应用时常出现因光照环境不适而出现生长不良甚至观赏价值降低的现象。本试验选择木芙蓉优良品种‘单瓣红’(Hibiscus mutabilis‘Danbanhong’)、‘百日华彩’(Hibiscus m
随着科技发展和工业制造业企业的转型升级,许多传统企业在生产数据的采集上的弊端不断显现出来,许多生产数据都是通过人工抄表的方式记录,数据准确性及实时性都无法保证;企业中的其他不同设备也常通过不同的系统进行控制,往往不同系统间的数据无法进行关联。而恰逢制造业升级转型时机,为了使企业转型升级和投入产出效率提升,很多企业尝试将生产过程中的海量数据与专家经验结合而实现智能决策;通过先进的现代通信技术,精确捕
景区商户管理是景区持续发展的重要保障,然而,景区和商户间的信息不对等导致景区很难吸引到足够的优质商户,大量良莠不齐的小商贩又影响着游客的游览体验。部分景区尝试通过信息化平台强化商户管理,但它们较多采用传统软件架构和技术进行开发维护,在效率性能、扩展性、业务伸缩性等方面还存在优化的空间。本文设计并实现了景区商户服务平台,主要面向景区、商户、游客三方,它旨在通过信息化方式为商户提供信息查询、入驻申请和
随着光谱分析技术的不断发展,光谱测量已经广泛应用于工业、矿业以及日常生活中。在使用光谱仪对物质进行光谱分析时,数据很容易受噪声和干扰影响,导致分析结果准确性降低。因此,对光谱数据进行去噪处理具有迫切性与实用意义。传统的去噪处理方法如傅里叶分析、曲线拟合和平滑等方法虽然在数据处理领域卓有成效,但在面对复杂光谱数据时却收效甚微。而小波分析作为新兴的信号处理手段,凭借着灵活的时频域细化能力,成为了光谱信
近年来,我国自行车休闲骑行活动发展迅速,集生态、健身、休闲等功能于一体的绿道建设为自行车休闲活动的开展提供了场地。其中,郊野型绿道因其所处城市近郊,在具体规划内容以及环境上更适合骑行活动的开展。随着成都公园城市的建设,天府绿道已经取得一定成绩,郊野型绿道的使用也取得了社会、经济、环境和发展效益。然而目前在我国,绿道骑行活动虽已经有良好的基础,但现有的绿道骑行规划方式主观性强,使用者和规划预期不能完
城市道路作为城市各社会经济活动的纽带,其景观不仅是城市景观中极其重要的组成部分,也是一个城市的风貌展示。而城市道路绿化作为城市道路景观极为重要的组成部分,对美化城市环境,建立城市生态环境,凸显城市特色及提高居民生活品质等都起着不可忽视的作用,使得城市景观效益和生态效益得到充分发挥。随着社会的快速发展,人们生活品质不断提高,对生活环境的要求也在逐步提升,因此城市绿化景观的探索对城市绿化景观具有重要的
随着第三次产业革命的浪潮,现代社会全面地进入了电子信息技术产业发展的时代。计算机、互联网等新技术已经在现代人类社会的各种领域中都扮演着不可替代的角色。而此时传统的能源管理还停留在依靠人工对能源数据进行收集,采用Excel文件进行登记、整理、保存的模式中,这就带来了收集过程耗时费力,采集结果共享困难,历史数据留存率低,统计方法受限单一等问题,因而寻求方便快捷的能源采集统计方案已经成为全社会各界人士的
选择性加氢反应广泛用于香料、香水、医药、颜料、染料和农用化学品生产等精细化工领域,含有可还原性基团的芳香胺作为精细化学品(如农药、染料、颜料和药品)和大宗化学品(如聚合物)的关键组成部分就是通过相应的硝基芳烃选择性加氢制备而成的。铂(Pt)基催化剂广泛应用于选择性加氢工业中,但由于Pt本身的电子结构和几何结构导致其在许多情况下很难区分竞争性官能团,从而导致对目标产物的选择性较低。因此,Pt基催化剂
利用卷积神经网络实现目标图像的风格化成为学术界与工业界共同关注的一个热点。相比传统的风格迁移算法基于卷积神经网络的风格迁移算法具有速度快与风格化效果好的优势。但该算法在风格化效果方面仍由不成熟之处,比如因为对笔触尺寸的控制不够灵活而导致生成的纹理笔触与原始风格图像相差甚远。针对这一问题已有大量研究,现有解决方法的算法原理主要分两种:基于控制网络感受野和基于控制粗糙至精细的图像细化过程,这两种算法分
离散时间多智能体系统(MASs)具有节约资源、减少成本、降低通讯时间等优势,在机器人、无线传感器、生物系统等领域有广泛应用,是众多学者的重要研究对象之一.迭代学习是研究一类周期或者可重复多智能体系统的有效方法,使系统达到精确跟踪.本文针对离散时间MASs,研究了带有独立拓扑的离散异质MASs的精确一致性控制问题.异质MASs是指智能体的动力学系统不同,比如:多智能体系统中有一阶、二阶混合动力学系统