本论文包括两部分研究内容：“Si基AlN异质结构电荷陷阱态”和“GaN基异质结构场效应器件的 Monte Carlo 模拟”。 AIN是Ⅲ族氮化物半导体中禁带宽度最宽、极化性质最强的一种新型半导体材料，它在微电子和光电子等领域有广阔的应用前景。AlN的禁带宽度达6.2eV，可作为绝缘层制作金属—绝缘体—半导体(M—I-S)结构。本文利用Al/AlN/SiMIS结构的电容—电压技术系统研究了MOCVD生长的Si基AlN异质结构的极化特性、AlN/Si异质界面电荷陷阱态、界面分立电荷深陷阱中心和AlN层体陷阱中心，取得了新结果，发展了测量Si基AlN异质结构电荷陷阱态的方法，系统给出了Si 基AlN 异质结构电荷陷阱态的物理数据。 AlGaN/GaN 异质结构在室温下可以获得很高的电子迁移率、极高的峰值电子速度、并能获得比AlGaAs/GaAs异质结器件中更高的二维电子气浓度，所以基于AlGaN/GaN 异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温、高功率微波器件方面有极其重要的应用前景。本文研究了用自洽．耦合蒙特卡罗方法对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管作了Monte Carlo模拟，给出了器件直流特性的Monte Carlo模拟结果。 本论文的主要结果： 1．采用Al/AlN/Si MIS结构的高频电容一电压技术研究Si基AlN异质结构的极化特性。常温及温．偏应力实验的Al/AlN/Si MIS结构高频电容—电压测量表明晶态AlN 薄膜中没有常温可移动电荷。基于此，发展了一种利用高频C—V测量来测定极化特性的简便方法，即通过对高频C—V实验曲线的理论模拟，从其平带电压漂移量来确定AlN界面的极化电荷。样品实验曲线的平带电压为—0.35V，从实验曲线的平带漂移算出AlN中自发极化、压电极化的总和为—0.00092C/m2。该值低于理论计算值，表明Si基AlN层中应变有部分被缺陷所弛豫。 2．通过Al/AlN/Si MIS结构的电容．频率谱研究，揭示AlN/Si异质结构界面对应于Si带隙能量范围内存在连续分布的界面态，给出了界面态的态密度和时间常数。在导带底附近，界面陷阱态密度最高，为9.9×1011eV-1cm-2，在禁带中央，界面陷阱态密度最低，为8.0×1011eV-1cm-2。Si禁带能量范围中界面态时间常数随能量线性变化，在靠近导带底附近，界面态与导带交换电子速度最快，时间常数最小，为6.0×10-4s；在禁带中央处，界面态与导带交换电子速度最慢，时间常数最大，为8×10-4s。 3．基于AlN/Si异质结的Ⅰ型能带排列和导带、价带能带偏移(△Ec和△Ev)的近对称性，提出了Al/AlN/Si MIS结构变频C—V法测量Si基AlN禁带中央附近的分立深陷阱中心的方法。研究发现Si基AlN中存在两个分立深陷阱中心。经过计算和拟合给出这两个分立深陷阱中心的能级位置、态密度和时间常数，它们分别位于AlN价带上方3.088eV及2.64eV处，其态密度和时间常数分别为：Nssl=1×1012eV-1cm-2，τ1=1.55×10-3s，Nss2=1.34×1012eV-1cm-2，τ 2=2.72×10-3s。 4．从Al/AlN/Si MIS结构的变频C—V测量中还发现Al/AlN/Si MIS结构积累区电容随频率变化的“电容频散效应”，积累区电容(AlN介质电容)值随测试频率降低而急剧增大，最后趋于稳定值。经理论拟合，指出在AlN层存在三种电荷陷阱态，这三种陷阱态与Si导带交换电子是积累区电容频散的原因。这三种陷阱态的态密度和时间常数分别为：Nss1=1.26×1012eV-1cm-2，τ1=5.4×10-4s，Nss2=1.19×1012eV-1cm-2，τ 2=5.4×10-5s，Nss3=1.11×1012eV-1cm-2，τ 3=6.2×10-7s。 5．蒙特卡罗方法是用概率解决物理和数学问题的统计数值方法。本文建立了半导体异质结构场效应器件直流特性的自洽蒙特卡罗模拟方法，详细讨论分析了器件蒙特卡罗模拟中伪随机数的产生方法、粒子的自由飞行过程和散射机制的选择、泊松方程的离散差分方法及差分方程的求解、超粒子的电荷分配方法和电场的计算、半导体器件的边界如固定边界、自然边界、异质界面边界的边界条件及这些边界处的粒子交换方法，并给出了器件蒙特卡罗模拟的程序框图。 6，用自洽—耦合蒙特卡罗方法对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管作了Monte Carlo模拟，给出了器件直流特性的Monte Carlo模拟结果，包括器件的粒子分布图、器件的等势线分布图及电势的三维立体投影图，最后给出器件在不同栅电压下的直流输出特性。本文的模拟结果对研究GaN基场效应器件有指导意义。