【摘 要】
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随着5G、消费类电子、新能源汽车、智能电网等领域的蓬勃发展,对于功率器件的需求日益增加,氮化镓（GaN）功率器件凭借高击穿电压、高载流子迁移率、低导通电阻等诸多优势,站上了时代的风口。作为GaN功率器件研究的重心,AlGaN/GaN异质结HEMT器件的科学研究已将近30年,其性能不断优化,但还有一些问题亟待解决。本文采用基于高介电常数栅介质HfSiO的凹槽栅GaN MIS-HEMT结构,实现增强型
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随着5G、消费类电子、新能源汽车、智能电网等领域的蓬勃发展,对于功率器件的需求日益增加,氮化镓（GaN）功率器件凭借高击穿电压、高载流子迁移率、低导通电阻等诸多优势,站上了时代的风口。作为GaN功率器件研究的重心,AlGaN/GaN异质结HEMT器件的科学研究已将近30年,其性能不断优化,但还有一些问题亟待解决。本文采用基于高介电常数栅介质HfSiO的凹槽栅GaN MIS-HEMT结构,实现增强型器件,改善器件漏电,提高击穿电压。首先,利用Sentaurus软件对耗尽型和凹槽栅增强型GaN MIS-HEMT进行仿真。从仿真得到的能带图以及转移特性曲线上看,我们采用凹槽栅结构实现了增强型器件。考虑GaN HEMT的自热效应,采用了热力学模型,从仿真结果中观察到负微分电阻现象（NDR）,并且仿真分析了器件工作时的晶格温度情况。除此之外,还仿真了器件在关态下的击穿特性。仿真结果可为后续实验提供理论指导。然后,制作了基于高κ栅介质的GaN MIS-HEMT器件。凹槽栅采用原子层刻蚀方法,刻蚀深度可控以及界面粗糙度低。源漏电极采用了Ti/Al/Ni/Au的工艺和Al/Ti N的低温无金工艺,均实现了器件的欧姆接触。栅介质采用了原子层沉积（ALD）方法,生长出高质量的HfSiO栅介质。凹槽栅GaN MIS-HEMT电学表征的结果表明器件开关比可达1010,比导通电阻为5.4 mΩ·cm~2,并且击穿电压达1200 V。最后,制备了多指型凹槽栅GaN MIS-HEMT器件,器件尺寸为3 mm×3 mm,总栅宽120 mm。相比于小尺寸GaN器件工艺,增加了多指互连和电镀工艺,电学表征结果表明器件最大饱和输出电流为26 A,导通电阻为150 mΩ,击穿电压为125 V。
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