GaN基IMPATT二極管太赫茲研究.pdf

1、鑒于太赫茲波在天文學(xué)、物理學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、信息通信、國(guó)家安全和軍事等諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,而太赫茲輻射源是所有實(shí)際應(yīng)用的基礎(chǔ)。而現(xiàn)在仍然缺乏低造價(jià)、便攜式、具備足夠輸出功率的THz源。在此背景下,我們以新型材料GaN為基礎(chǔ),對(duì)IMPATT二極管進(jìn)行了深入的研究,設(shè)計(jì)了幾種GaN基IMPATT二極管結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了詳細(xì)的仿真分析,研究了不同工作溫度條件和引入異質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響。主要得研究成果如下:
　　 1、研究了IMPAT

2、T二極管工作機(jī)理并建立仿真模型。對(duì)GaN基的IMPATT二極管的工作機(jī)理進(jìn)行了分析,從器件中載流子的雪崩、渡越漂移特性,結(jié)合載流子的漂移一擴(kuò)散模型,用器件仿真器ATLAS建立仿真模型。
　　 2、設(shè)計(jì)了三種結(jié)構(gòu)的GaN基IMPATT二極管,并分別對(duì)其性能進(jìn)行分析,分別為高一低一高型單漂移區(qū)型,普通型單漂移區(qū)型,雙漂移區(qū)型。IMPATT的最佳工作頻率分別為0.46THz、0.16THz、0.31THz,RF輸出功率密度分別為13.

3、8mW／μm2、12.6 mW／μm2、22.6mW／μm2。如果假設(shè)器件的面積為100μm2,在單漂移區(qū)器件中可以得到1W以上的RF輸出功率,在雙漂移區(qū)器件中可以得到2W以上的RF輸出功率。
　　 3、結(jié)合最新的GaN、AlGaN材料的實(shí)驗(yàn)報(bào)道數(shù)據(jù)和蒙特卡洛仿真數(shù)據(jù),擬合得到了GaN、AlGaN材料在不同溫度下的速場(chǎng)模型。并且用此模型研究了GaN基IMPATT的溫度特性,得到溫度升高會(huì)降低器件的轉(zhuǎn)化效率,但是由于溫度升高使擊穿

4、電壓升高,因此對(duì)RF功率輸出影響較小。
　　 4、研究了GaN異質(zhì)結(jié)型IMPATT二極管,提出雙段單漂移區(qū)異質(zhì)結(jié)型IMPATT結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以提高器件轉(zhuǎn)化效率,并且不會(huì)降低器件的工作頻率。
　　 5、研究了IMPATT器件中存在的功率-頻率效應(yīng)和熱學(xué)效應(yīng),并討論了GaN工藝條件中P型摻雜和歐姆接觸對(duì)IMPATT器件制備的影響。
　　 綜上所述,本文從理論上和仿真角度較為全面的研究了GaN基IMPATT器件,從仿