1. 研究目的与意义
研究背景：
AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 (HEMT) 由于具有高击穿电压和高频性能而成为下一代无线基站及军事应用中功率放大器具有潜力的器件, 同时在线性度和噪声性能上也显示出其优势。但是，常规的AlGaN/GaN HEMT仍然在器件的缓冲层隔离和线性度上有待进一步提高。目前大部分研究集中在器件制造技术和AlGaN势垒层上，通过对势垒层最佳化以及对缓冲层晶体质量的改善来解决上述问题。但是，器件整体性能并没有好转或者是以降低器件某些特性为代价。例如, 采用场板可以提高器件的功率, 改善器件线性度,却降低了器件特征频率和最大振荡频率[1]。掺杂Fe的GaN缓冲层被用来获得更好的隔离。AlGaN/GaN/AlGaN/GaN双异质结HEMT被提出改善载流子的约束，用AlGaN取代GaN缓冲层，AlGaN/InGaN/GaN HEMTs也被建议，通过InGaN沟道层而改善隔离。尽管这些工作能够改善缓冲层的各隔离，但器件的整体性能并没有好转或者说是以牺牲某些特性为代价。AlGaN作为AlN和GaN构成的三元合金化合物，击穿场强高达3MV/cm~12MV/cm。采用AlGaN取代常规GaN作为异质结构的沟道层可以显著提升器件在高压和大功率方面的应用潜力。目前，国际上关于AlGaN沟道异质结外延生长及其HEMT器件的研究大多基于以高Al组分AlGaN为势垒的AlGaN/GaN异质结构。然而，对于AlGaN/AlGaN异质结构，通常需要较大的势垒层厚度来确保沟道内的高浓度2DEG，这会对后续器件的高频特性造成不利影响。此外，AlGaN/AlGaN异质结构的沟道层和势垒层均为三元合金化合物，其沟道内载流子所受合金无序散射严重，导致电学运输特性普遍较差[2]。
从人们打开了半导体材料领域的大门伊始，时至今日，经过不懈的追求和探索，半导体材料的发展己经历经三代，分别是硅(Si)材料，砷化镓(GaAs)材料和碳化硅(SiC)材料和氮化镓(GaN)材料[3]。1993年M.A.Khan等人制备了第一只氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)，1996年，UCSB的Y.F,Wu等人首次测试了AlGaN/GaN HEMT的微波功率特性[4]。1998年，R.Vetury等人在IEDM会议上报道了对AlGaN/GaN HEMT在450V下击穿电压栅极耗尽区的测试[5]。随后GaN HEMT在高频微波大功率方面开展了广泛的研究[6]，经过后续十几年的研究发展，解决了诸多理论和工艺技术问题，产品性能显著提高。作为新一代的固态微波功率器件，GaN HEMT微波功率器件自问世以来就一直受到欧、美、日本等各国的特别关注并得到重点发展，特别是美国DARPA制定的宽禁带推进计划（2002-2009）针对射频应用启动了宽禁带半导体发展计划（WBGS-RF），其目标是实现具有标志性的工作频率8-12GHz输出功率60W工作效率35%的T/R模块、工作频率大于40GHz输出功率20W工作效率30%的Ka波段功放模块以及工作频率2-20GHz输出功率100W工作效率20%的宽带功放模块3个典型产品[7]。近年来，GaN HEMT微波功率器件的发展速度超出了人们的预期，国际上在GaN 微波功率器件的研制一直很活跃，频段从L,S,C,X 波段一直到Ku波段，最大输出功率达到几百瓦以上。美国的Cree,Nitronex以及日本的Fujitsu,Eudyna,Toshiba等多家公司的GaN HEMT功率器件产品己实现了工程化应用，产品重点针对S波段的基站应用，同时也扩展到Ku波段及以下的其他频段。除Nitronex重点发展基于Si衬底的GaN HEMT技术外，其余各家均采用半绝缘SiC衬底。2009年，东芝推出一款C波段雷达的GaN基高电子迁移率晶体管，输出功率为340W，增益为10dB，效率为50%。2014年，K. Kikuchi等人研制成功一款基于X波段8.5~10GHz的功率放大器，带内功率达到310 W，效率37%，功率增益10.2dB，工作电压达到65V。2017年，Integra报道了一款50V工作的L波段1200W的产品，效率达到75%。2018年Integra报道了一款工作电压在100V功率密度达到15W/mm的C波段产品，效率达到45%。随着GaN技术的日趋成熟，国外开始将GaN功率器件向太空应用扩展，充分发挥宽禁带半导体材料为基础的GaN器件的固有优势，制成重量更轻、功能更强大的太空应用的电子设备。日本住友电工美国SEDU公司在2014年国际微波会议（IMS）上展示了一款空间应用的新一代GaN微波功率器件，工作电压50V，在1.575GHz下输出功率150W，功率附加效率71.2%，在1.5GHz时增益大于18dB，采用单端封装。2014年12月美国Raytheon公司报道己验证其GaN单片微波集成电路（MMIC）在单粒子烧毁(SEB)和电离总剂量（TID）测试中具有了太空应用的抗辐射性能，抗电离总剂量辐射能力达到1Mrad/Si，可用于太空设备中，采用了GaN技术的卫星将进入地球轨道运行。
2. 研究内容与预期目标
| 研究内容： （1）充分了解GaN半导体器件的研究背景、发展方向、材料特点和工作原理 （2）熟练掌握Silvaco TCAD仿真软件的使用 （3）研究势垒层对氮化镓高电子迁移率晶体管线性度的影响。 （4）研究缓冲层对氮化镓高电子迁移率晶体管线性度的影响。 （5）根据研究结论优化氮化镓高电子迁移率晶体管的势垒层或缓冲层的设计方案。 （6）对比分析不同结构的缓冲层和不同厚度的势垒层对氮化镓高电子迁移率晶体管线性度的影响。
预期目标： （1）得出势垒层厚度和组成对氮化镓高电子迁移率晶体管线性度的影响。 （2）学习并掌握使用Silvaco TCAD仿真软件，能够独立使用该软件对GaN HEMT器件进行建模及电学特性仿真。 （3）利用Silvaco TCAD软件，通过修改器件的结构得出不同的结构对氮化镓高电子迁移率晶体管线性度的影响。 （4）得出势垒层和缓冲层影响氮化镓高电子迁移率晶体管期间特性的规律。 （5）提出关于氮化镓高电子迁移率晶体管器件势垒层设计的相关科学建议和结论
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3. 研究方法与步骤
研究方法：
1.查阅相关文献，收集各种文献资料了解其他研发人员的设计思想，进一步完善功能。
2.做好笔记和摘录，在阅读的过程中，摘录与本课题有关的观点或对自己论文有帮助的看法，以便更好的写作。
4. 参考文献
[1] 程知群,周肖鹏,胡莎,周伟坚,张胜.高线性度Al_xGa_(1-x)N/Al_yGa_(1-y)N/GaN高电子迁移率晶体管优化设计[J].物理学报,2010,59(02):1252-1257.
[2] 许新鹏. 超宽禁带AlN/AlGaN异质结构与HEMT器件研究[D].西安电子科技大学,2019.DOI:10.27389/d.cnki.gxadu.2019.000315.
[3] 唐健翔,AlGaN/GaN HEMT器件耐压新结构模拟研究,【D】,杭州电子科技大学,2019,undefined
5. 工作计划
1.2022年1月11日--2022年2月18日 完成开题报告，并撰写前期调研报告。
2.2022年2月19日--2022年4月15日研究目的，研究背景撰写
3.2022年4月16日--2022年4月24日 总结并整理实验数据，形成科学结论
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
