介电氧化物GaNC-V特性铁电极化调制硕士论文.doc

介电氧化物GaN基半导体异质结构的电学性能研究材料科学与工程， 2011， 硕士【摘要】 第三代宽禁带半导体GaN材料具有大的禁带宽度、良好的导热性、高的载流子迁移速率和大的击穿场强。介电氧化物具有丰富的电学特性,如高的绝缘性和铁电极化特性等。将介电氧化物与GaN材料进行集成,可以得到功能丰富、性能更强和集成度更高的电子器件。但是将介电氧化物与GaN基半导体进行集成一直存在器件电学性能不高和物理机理尚不明确等问题。对此,本文通过建立介电氧化物薄膜/GaN异质结构的物理模型,利用数值模拟的方法研究了该类异质结构中的铁电极化调制机理和界面特性对器件电学性能的影响,并在此基础上结合试验结果对相关介电氧化物薄膜特性和集成器件的性能进行了分析。主要工作和结论如下:1.建立了介电氧化物/GaN基半导体异质结构的电学性能模拟模型。利用电荷控制模型,自洽求解Schr（?）dinger-Poisson方程获得异质结构的电势分布和载流子分布;通过在电位移方程中考虑界面层厚度、界面层介电常数和界面态密度,实现界面特性对整个器件性能影响的讨论。在铁电/GaN基半导体异质结构的模拟中,采用Lue铁电极化模型,实现非饱和铁电极化特征的模拟。2.对介电氧化物/n-GaN异质结构的电学性能进行了模拟,其中.更多还原【Abstract】 As a third-generation semiconductor, GaN-based semiconductors show many advantages, such as wide band gap, favorable thermal conductivity, high carrier drift velocity, high breakdown field, and so on. At the same time, oxide dielectric materials exhibit good electronic properties, such as well insulativity, ferroelectric polarization, and so forth. So the integration of oxide dielectrics with GaN semiconductors could be applied in new-type semiconductor devices with multifunction, excellent perf.更多还原 【关键词】 介电氧化物； GaN； C-V特性； 铁电极化调制； 【Key words】 Oxide dielectric； GaN； C-V characteristic； FE modulation； 摘要 4-6 ABSTRACT 6-7 第一章 绪论 10-19 1.1 引言 10-11 1.2 半导体材料GaN 概述 11-13 1.3 介电氧化物概述及介电/GaN 基半导体集成研究现状 13-17 1.3.1 介电氧化物概述 13-15 1.3.2 介电/半导体集成研究现状 15-17 1.4 介电氧化物/半导体的电学性能模拟研究现状 17-18 1.5 论文选题及研究方案 18-19 第二章 电学性能表征及其理论模拟基础 19-33 2.1 电学性能C-V 测试 19-23 2.1.1 电学性能C-V 测试原理 19-22 2.1.2 电学性能C-V 测试平台的搭建 22-23 2.2 电学性能模拟的理论基础 23-33 2.2.1 载流子分布及电势分布求解 25-28 2.2.2 铁电层电滞回线模型的建立 28-30 2.2.3 界面态模型的建立 30-33 2.2.3.1 界面态分布模型 30-31 2.2.3.2 界面态对体系影响的模型描述 31-33 第三章 介电氧化物/n 型GaN 异质结构的电学性能模拟 33-47 3.1 铁电极化的调制作用 34-36 3.2 界面层（缓冲层）厚度对MFS 器件电学性能的影响 36-38 3.3 界面层（缓冲层）的介电常数对MFS 器件电学性能的影响 38-39 3.4 界面态对MFS 器件性能的影响 39-41 3.5 LiNb0_3/n 型GaN 异质结构的电学性能模拟及分析 41-45 3.6 小结 45-47 第四章 介电氧化物/AlGaN/GaN 异质结构的电学性能模拟 47-68 4.1 AlGaN/GaN 的C-V 模拟及其参数提取 47-51 4.2 A1_20_3/AlGaN/GaN MISH 结构的电学性能分析 51-55 4.2.1 异质结构性能分析 52-53 4.2.2 电学性能模拟研究沉积氧分压对薄膜性能的影响 53-55 4.3 铁电/AlGaN/GaN MFSH 结构的电学性能模拟 55-67 4.3.1 异质结构的器件结构和电荷分布 55-56 4.3.2 铁电极化的调制作用 56-58 4.3.3 铁电/AlGaN 界面层厚度对铁电/AlGaN/GaN 异质结构的影响 58-60 4.3.4 界面层（缓冲层）介电常数对异质结电学性能的影响 60-61 4.3.5 界面态对铁电/A