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GaN基HEMT器件由于其高击穿电场,高饱和速度等优越性能,在高频高温大功率器件应用方面有着广泛的前景。为了满足电路集成化程度的提高,当器件尺寸缩小至纳米量级时,短沟道效应会严重影响器件性能。鳍式场效应晶体管(FinFET)具有三维的立体栅电极结构,栅可以从沟道的三个方向控制二维电子气(2DEG),栅控能力的加强,使得阈值电压正向移动,可以实现增强型器件,同时有效的抑制了短沟道效应。双沟道AlGaN/GaN HEMT器件具有很强的载流子限域性,有助于提高载流子的浓度,得到可观的大电流,FinFET与双沟道结合可以进一步提高器件特性。本文从理论模拟和实验制作上研究了器件结构对FinFET器件特性的影响以及双沟道FinFET器件的特性,研究内容主要包括以下几个方面:(1)本文通过Sentaurus集成化仿真平台模拟了AlGaN/GaN FinFET器件结构,并对比分析了Fin宽、侧栅高度、栅长以及AlGaN势垒层中Al组分的变化对器件特性的影响。在改变Fin宽的情况下,当其由700nm减小至20nm的过程中,器件的阈值电压从-2.78V逐步正移至0.5V,且正移幅度逐渐变大;在Fin宽为60nm时,阈值电压为临界点,其值为0.07V,此时器件已经实现了增强型;同时跨导峰值也逐步增加,从160mS/mm增加至360mS/mm。在改变侧栅高度的情况下,其从0nm增加至110nm的过程中,侧栅高度存在一个临界点40nm。在高度小于40nm时,随着其增加阈值电压从-2.49V大幅度正移至-0.02V;当高度大于40nm后,阈值电压几乎不变。随着侧栅高度增加至110nm,器件的跨导峰值也由159mS/mm逐步增大至302mS/mm。为了研究器件的短沟道效应,在Fin宽分别为20nm、60nm、100nm和500nm下模拟了栅长在1000nm~25nm范围内的变化对器件特性的影响。在大栅长1000nm~200nm范围内,器件的阈值电压均几乎没有发生变化;在小栅长200nm~25nm范围内,20nm Fin宽和500nm Fin宽器件的阈值电压降幅分别为Δ1.31V和Δ8.84V;20nm Fin宽器件的跨导峰值在栅长小于100nm时出现下降,降幅约为Δ78mS/mm,100nmFin宽器件的跨导峰值在栅长小于200nm时出现下降,降幅约为Δ106mS/mm。栅长减小所引起的短沟道效应对器件的性能带来了恶化,而且对于Fin宽较宽的器件,恶化程度更明显,所以FinFET器件的采用可以很有效的抑制短沟道效应。本文仿真了AlGaN势垒层中不同Al组分对器件特性的影响。Al组分在从0.1变化至0.3时,器件沟道中载流子的浓度增多,器件阈值电压由1.15V逐步负移至-0.45V。(2)本文对实验所做的AlGaN/GaN FinFET器件的直流特性进行了分析。常规HEMT器件阈值电压为-3.75V;Fin宽从160nm减小至100nm时,阈值电压相应的从-1.45V逐步正移至-0.8V。说明沟道宽度的减小有效的提高了栅电极对沟道载流子的控制能力。实验结论与模拟仿真得到的结论较为符合,证实了本文所做的模拟工作可以为实验提供较好的参考价值。(3)本文提出了AlGaN/GaN双沟道结合Fin FET的器件结构,对比分析了单、双沟道FinFET器件特性的差异。单、双沟道FinFET器件阈值电压分别约为0.25V和-1.8V,最大漏极电流分别为650mA/mm和982mA/mm,跨导峰值分别为302mS/mm和273mS/mm,且双沟道FinFET器件的跨导在很宽的栅压下维持了较高的值,从开启到关断状态,栅极电压的工作范围变大,使得器件工作的线性度得以提高。本文研究了不同AlGaN势垒层的厚度对双沟道FinFET器件直流特性的影响。当固定第二AlGaN势垒层厚度不变时,第一势垒层厚度的增加使得器件的阈值电压负向移动,跨导峰值有所减小,饱和漏极电流有所增大;当固定第一AlGaN势垒层厚度不变时,第二势垒层厚度的增加使得器件的阈值电压负向移动,跨导峰值有所增加,饱和漏极电流也有所增大。