Author Affiliations
Abstract
1 School of Microelectronics, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, China
2 Dynax Semiconductor Inc., Suzhou 215300, China
3 Department of Micro- and Nanoelectronics, Saint Petersburg Electrotechnical University, Saint Petersburg 197376, Russia
A physics-based analytical expression that predicts the charge, electrical field and potential distributions along the gated region of the GaN HEMT channel has been developed. Unlike the gradual channel approximation (GCA), the proposed model considers the non-uniform variation of the concentration under the gated region as a function of terminal applied voltages. In addition, the model can capture the influence of mobility and channel temperature on the charge distribution trend. The comparison with the hydrodynamic (HD) numerical simulation showed a high agreement of the proposed model with numerical data for different bias conditions considering the self-heating and quantization of the electron concentration. The analytical nature of the model allows us to reduce the computational and time cost of the simulation. Also, it can be used as a core expression to develop a complete physics-based transistor Ⅳ model without GCA limitation.
AlGaN/GaN (HEMTs) 2DEG charge distribution electron mobility hydrodynamic model channel temperature Journal of Semiconductors
2023, 44(8): 082802
Ga2O3是一种新兴的宽带隙半导体，在电力和射频电子系统中具有潜在的应用前景。前期研究以β-Ga2O3为主，并且已经对β-(AlxGa1-x)2O3/Ga2O3异质结构中的二维电子气(2DEG)进行了理论计算，本文主要研究ε-(AlxGa1-x)2O3作为势垒层对ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结电子输运性质的影响，首先介绍了ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的结构和性质，分析计算了由于ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的自发极化和压电极化所产生的极化面电荷密度，以及极化对2DEG浓度产生的影响，接着分析了在不同Al摩尔组分下，ε-(AlxGa1-x)2O3势垒层厚度与合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射之间的关系。最后通过计算得出结论: 界面粗糙度散射和极性光学声子散射对ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结的电子输运性质有重要影响，合金无序散射对异质结的输运性质影响较小; 2DEG浓度、合金无序散射、界面粗糙度散射和极性光学声子散射的电子迁移率强弱由ε-(AlxGa1-x)2O3势垒层的厚度和Al摩尔组分共同决定。
2DEG浓度 电子迁移率 ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3异质结 合金无序散射 界面粗糙度散射 极性光学声子散射 2DEG concentration electron mobility ε-(AlxGa1-x)2O3/ε-Ga2O3 heterojunction alloy disorder scattering interface roughness scattering polar optical phonon scattering
1 西安电子科技大学 微电子学院, 陕西 西安 710071
2 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室, 北京 100083
3 中国人民解放军陆军工程大学石家庄校区 导弹工程系, 河北 石家庄 050003
4 西北大学 光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 710069
5 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
采用分子束外延设备(MBE), 外延生长了InAs/AlSb二维电子气结构样品.样品制备过程中, 通过优化AlGaSb缓冲层厚度和InAs/AlSb界面厚度、改变AlSb隔离层厚度, 分别对比了材料二维电子气特性的变化, 并在隔离层厚度为5 nm时, 获得了室温电子迁移率为20500 cm2/V·s, 面电荷密度为2.0×1012/cm2的InAs/AlSb二维电子气结构样品, 为InAs/AlSb高电子迁移率晶体管的研究和制备提供了参考依据.
二维电子气 迁移率 高电子迁移率晶体管(HEMT) 分子束外延(MBE) 2DEG mobility high electron mobility transistor (HEMT) molecular beam epitaxy (MBE)
1 中国人民解放军军械工程学院 导弹工程系, 河北 石家庄 050003
2 中国科学院半导体研究所 超晶格实验室, 北京 100083
3 中国科学院大学 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
4 西北大学 光子学与光子技术研究所, 陕西 西安 710069
采用分子束外延技术(MBE)对GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气(2DEG)样品进行了制备, 样品制备过程中, 通过改变Al的组分含量、隔离层厚度、对比体掺杂与δ掺杂两种方式, 在300 K条件下对制备的样品进行了霍尔测试, 获得了室温迁移率7.205E3cm2/Vs, 载流子浓度为1.787E12/cm3的GaAs/AlxGa1-xAs二维电子气沟道结构, 并采用Mathematica软件分别计算了不同沟道宽度时300 K、77 K温度下GaAs基HEMT结构的太赫兹探测响应率, 为HEMT场效应管太赫兹探测器的研究和制备提供了参考依据.
高电子迁移率晶体管 二维电子气 迁移率 太赫兹探测器 HEMT 2DEG mobility THz detector
北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京100124
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有异质结界面处的高二维电子气(2DEG)浓度、宽禁带、高击穿电压、稳定的化学性质以及高的电子迁移率, 这些特性使它发展起来的传感器件在灵敏度、响应速度、探测面、适应恶劣环境上具备了显著的优点。本文首先围绕GaN基HEMT的基本结构发展起来的两类研究成熟的传感器, 对其结构、工作机理、工作进展以及优缺点进行了探讨与总结; 而后, 着重从改变器件材料及优化栅结构与栅上材料的角度, 阐述了3种GaN基HEMT新型传感器的最新进展, 其中, 从材料体系、关键工艺、探测结构、原理及新机理方面重点介绍了GaN基HEMT光探测器; 最后, 探索了GaN基HEMT传感器件未来的发展方向。
AlGaN/GaN异质结 GaN基HEMT传感器 栅结构 光探测器 AlGaN/GaN heterojunction 2DEG 2DEG GaN-based HEMT sensor gate structure photodetector
中国科学院半导体研究所 超晶格国家重点实验室, 北京 100083
掌握微波辐照下的电子态性质是理解高迁移率二维电子气在低磁场区的纵向电阻振荡和零电阻态等新奇物理现象的关键.基于反射率测量的微波回旋共振技术(RODCR), 研究了高迁移率、低浓度GaAs/Al0.35Ga0.65As二维电子气在Ka波段微波辐照下的电子态性质.通过在不同条件下的RODCR测量, 具体讨论了微波交变电场方向、入射激光波长和温度等因素对RODCR测量结果的影响规律.研究结果表明, RODCR测量技术为研究二维电子系统的电子态性质提供了简便而有力的手段.
微波 反射率 二维电子气 回旋共振 microwave reflectance two-dimensional electron gas(2DEG) cyclotron resonance
1 四川大学物理系辐射物理及技术教育部重点实验室,四川,成都,610064
2 中国科学院高能物理所自由电子激光研究室,北京,100080
自由电子激光(FEL)辐照样品前和辐照样品时,使用变温霍尔测量系统测试了这种n型调制掺杂GaAs/AlGaAs异质结构材料中准二维电子气(2DEG)的迁移率、电子浓度和电阻率.对比这两种情况下的结果可以发现:1) 迁移率随温度升高而降低,光照使迁移率增大;2) 电子浓度随温度变化关系相对较为复杂,但是平均而言,光照会使电子浓度减小;3) 电阻率随温度升高而升高,光照使电阻率减小,但这种影响不明显.对这些现象给出了具体的分析.
激光技术 电学性质 自由电子激光 异质结构材料 二维电子气 辐照效应
