毫米波AlGaN/GaN HEMT的应用进程中,器件的频率特性是至关重要的。其中,器件的电流增益截止频率f_T和最高振荡频率f_max更是标志高频器件品质优劣的两个参数。从HEMT器件的工作原理分析可知,影响器件f_T的主要因素有器件的跨导、电阻和寄生电容。其中跨导和电阻一部分决定于器件的栅极结构,一部分来自于材料和工艺,寄生电容主要决定于器件的结构;影响f_max的主要因素是器件电阻和寄生电容。因而缩短栅长是减小栅极电阻的最直接的方法,但是栅长减小,将会引起短沟道效应,从而导致器件的直流特性恶化。为了解决这个矛盾,本文通过分析,发现在原有器件的基础上,添加AlGaN背势垒层,可以有效提高沟道二维电子气的限域性,抑制器件的短沟道效应,提高器件的峰值跨导,从而改善器件的频率特性。同时通过器件仿真和流片测试,对影响器件频率特性的多个因素,进行了仿真分析和验证。论文完成的主要工作如下:1、首先通过Silvaco仿真工具中的Atlas模块,优化了器件的AlGaN势垒层,包括势垒层厚度和Al组分,然后提取了不同势垒层厚度和不同Al组分时,器件的转移输出曲线,击穿曲线,小信号特性等。通过仿真,本论文从器件的载流子分布,能级分布和势垒各个方面,分析了不同势垒层厚度和不同Al组分对器件的直流特性和小信号特性产生影响的内部原因。2、AlGaN势垒层优化基础上,设计了具有AlGaN背势垒层的器件结构,提取了器件的直流特性曲线和小信号特性曲线。仿真结果显示,添加背势垒层后,器件峰值跨导提高26.4%,漏致势垒降低减小29%,f_T提高了23.8%。添加背势垒层,器件的击穿电压有小幅的提升,栅极漏电明显减小。分析认为,势垒层和背势垒层决定了二维电子气的浓度和迁移率,对器件的栅极漏电和击穿电压有一定的影响。3、通过仿真,对T型栅结构进行了优化,从栅长、栅帽和栅脚各方面分析了栅极结构对器件的频率特性的影响,同时也设计了不同的源漏间距和钝化层结构。分析认为T型栅减小了器件的电阻,但是也有提高寄生电容的可能性,栅帽的增加,导致了栅极与势垒层之间的寄生电容增大,通过仿真发现,电容和电阻对器件频率的特性影响有不同的比重,当栅长较小时,器件的栅极电阻很小,增加栅帽,进一步减小了栅极电阻,此时,f_T和f_max均增大,电容对频率的影响小于电阻。当栅长增大时,栅极电阻增大,栅帽增大了栅极与势垒层之间的寄生电容,此时,f_T减小,f_max增大,电容对最高振荡频率的影响大于对电流增益截止频率的影响。钝化层抑制了器件的电流崩塌,改善了器件的击穿特性,但是也增大了器件的寄生电容。4、通过流片制作了不同势垒层厚度的T型栅器件,研究发现,随着势垒层减薄,器件的阈值电压正漂,跨导增大,但是栅极漏电增大,薄势垒器件的频率特性相对于常规器件有较大的优势。随着器件的栅长变大,器件的跨导降低,击穿电压提升,仿真结果显示,相对于直栅结构,采用T型栅,可使得器件的f_T提高33%。