Si基高頻場(chǎng)效應(yīng)晶體管特性仿真及工藝研究.pdf

1、隨著高頻器件在電子信息技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以GaAs-HEMT為代表的新一代微波以及毫米波器件成為高頻衛(wèi)星通信、射電天文、電子戰(zhàn)等領(lǐng)域不可或缺的核心部件。近年來(lái)，由于石墨烯材料的零禁帶特性使得石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管等高頻器件也逐漸引起國(guó)內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。Si作為使用最廣泛的半導(dǎo)體材料，其成熟的工藝和優(yōu)良的材料特性使得器件具有成本低、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。本文主要研究了Si基GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)和Si基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管直流特性及加工工藝。<

2、br>　　(1)用TCAD工具對(duì)所設(shè)計(jì)的GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)進(jìn)行直流特性仿真：①.隨著勢(shì)壘層厚度的增加，GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)的閾值電壓逐漸增大，源漏跨導(dǎo)隨勢(shì)壘層厚度的降低逐漸收斂；②.GaAs-HEMT器件跨導(dǎo)隨柵長(zhǎng)的減小而增大且閾值電壓隨柵長(zhǎng)的增加向正電壓方向移動(dòng)；③.勢(shì)壘層摻雜會(huì)導(dǎo)致柵極漏電流的增大同時(shí)器件出現(xiàn)雙導(dǎo)電溝道；④.GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)的溫度系數(shù)與柵極電壓有關(guān)，當(dāng)柵壓為0V時(shí)在10-6數(shù)量級(jí)。
　　(2)設(shè)計(jì)加

3、工了Si基GaAs-HEMT的結(jié)構(gòu)：①.利用超晶格技術(shù)對(duì)Si基GaAs薄膜材料進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化后薄膜材料利用掃面電子顯微鏡（SEM）觀察得到其缺陷密度約為106數(shù)量級(jí)，利用原子力顯微鏡(AFM)得到10μm×10μm的薄膜范圍內(nèi)，表面粗糙度為5.21nm，同時(shí)利用透射電子顯微鏡(TEM)和X-射線衍射(XRD)可以明顯觀察到薄膜質(zhì)量得到優(yōu)化。②.利用檸檬酸/雙氧水對(duì)GaAs和AlGaAs材料腐蝕速率不同的特點(diǎn)，得到了檸檬酸:雙氧水=3:

4、1時(shí)GaAs/AlGaAs的選擇性腐蝕比最大約為3.5。③.利用表面微電子工藝制作出了Si基GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)。
　　(3)設(shè)計(jì)加工了Si基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，利用反應(yīng)離子刻蝕（RIE）工藝、歐姆接觸工藝、肖特基接觸工藝、金屬剝離工藝以及原子層沉積(ALD)工藝等工藝加工制作出了Si-GFET結(jié)構(gòu)。
　　(4)測(cè)試了Si基高頻場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的基本電學(xué)特性：①.對(duì)Si基GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)進(jìn)行直流測(cè)試，經(jīng)過(guò)擬合得到

5、其最大源漏電流約為7mA，閾值電壓約為-2.8V，針對(duì)測(cè)試結(jié)果分析Si基GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)的工藝可行性。②.測(cè)試了Si-GFET直流特性，得到器件的溝道電阻分在1600Ω左右。
　　本文將GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)的高頻特性與Si材料的力學(xué)特性相結(jié)合，創(chuàng)新性地提出了Si基GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)其加工工藝，為擴(kuò)展GaAs-HEMT結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍提供一定的工藝基礎(chǔ)。此外實(shí)現(xiàn)了Si基石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的加工工藝，得到了性能良好