GaN HFET中的能带峰势垒和跨导崩塌北大核心

考虑大沟道电流下外沟道局域电子气慢输运行为破坏沟道电中性,诱生空间电荷导致的能带峰势垒,提出了新的跨导崩塌模型。详细计算了不同栅压和不同沟道电流密度、即不同空间电荷密度下的场效应管能带。引入新的能带峰势垒和沟道电子跨越势垒的动态模型,解释了沟道打开过程中源电阻增大、沟道电子平均速度下降、大沟道电流下跨导下降等各类跨导崩塌行为,解释了场效应管沟道电子速度远低于异质结材料的缘由。运用沟道打开时的异质结充电和大沟道电流激励下空间电荷触发的能带峰势垒模型解释了跨导钟形曲线上升段中的电流崩塌和下降段中的跨导崩塌。深入研究了陷阱和局域电子气的相互作用,解释了可靠性加速寿命试验中的跨导曲线变化。沟道夹断的强负栅压应力产生内沟道逆压电缺陷,减弱栅电压对内沟道电子气的控制和沟道打开时跨导的上升斜率。沟道打开后的大电流应力使局域电子气与晶格碰撞产生热电子缺陷和空间电荷,抬高能带峰势垒引发外沟道堵塞,降低沟道电流,导致阈值电压正移。这一研究证明在场效应管直流和射频工作中的器件性能退化都是由陷阱同局域电子气相互作用产生的,开创了优化设计异质结能带来提高场效应管可靠性的新途径。最后讨论大沟道电流下能带峰势垒引发的外沟道堵塞和跨导崩塌在场效应管研发中的重要作用,提出了在空间电荷区上方设置专用的异质结鳍来平衡内、外沟道能带,解开场效应管中的电流崩塌、跨导崩塌、线性、器件性能退化及3 mm高频工作等难点。     

GaN HFET中的陷阱和局域电子气

研究了GaN HFET中陷阱的各种行为,发现许多特性不能简单地用陷阱中心俘获带内电子模型来解释。从内、外沟道陷阱密度的巨大差异推出外沟道高密度陷阱不是由陷阱中心俘获带内电子产生的。通过自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程发现栅-漏间隙中的强场峰在其两侧产生巨大能带畸变,使部分二维电子气不能通过强场峰而形成局域电子气。运用这一局域电子气新概念解释了目前实验中观察到的各类陷阱实验,说明目前陷阱研究把高密度局域电子气误认为"陷阱"而引入的各种误解。提出了从局域电子气研究来解决GaN HFET电流崩塌和可靠性难题的新途径。     

原位钝化和催化剂钝化沟道阱能带计算

把Si3N4/AlGaN界面看成新的异质结,自洽求解薛定谔方程和泊松方程,建立起原位钝化和CATCVD钝化异质结构的新能带模型.运用这一模型,研究了原位钝化和CATCVD钝化异质结沟道阱的电子气密度、能带结构和输运性能,解释了相应的实验结果.在此基础上研究了这些新钝化异质结沟道阱能带的优化设计.优化设计的钝化复合势垒沟...     

GaN HFET的大信号射频工作模型

分析了GaN HFET大信号工作特性随器件漏压、栅压、栅长和工作频率变化的实验特征,发现器件的射频输出功率和功率附加效率随频率升高、漏压增大和栅长缩短而下降的规律及在3mm波段短栅长的高截止频率场效应管没有输出功率的现象。从场效应管电极边界条件出发导出了势垒层的解析表面势及其微商,研究了表面势随漏压、栅压和栅长的变化。通过自洽能带计算求出了不同漏压、栅压和栅长下的能带和电子状态。研究了GaN HFET射频工作中产生的能带畸变。从不同漏压、栅压和栅长变化下的能带畸变出发,提出了沟道电子状态随栅压、漏压和栅长变化的GaN HFET大信号射频工作模型。用此大信号模型解释了实验中观察到的高频、大功率器件特性及3mm瓶颈。提出了研发大功率GaN HFET的新见解。     

GaAs/AlGaAs量子阱中的Г-X混和及谐振态和非限定态的研究

本文使用单带双谷理论研究了GaAs/AlGaAs量于阱中的Г-X混和现象.介绍了Г态、X态和能级高于势垒的谐振态的特点.给出了谐振态能级随势阱和势垒层宽变化的关系.阐述了超薄层量子阱和非限定态的一些有趣的特性.在此基础上提出了一个超晶格能带的形成模型并对最新的一些实验结果给出了恰当的解释.     

耦合量子阱和超晶格中的Stark效应及电场感生的局域化

本文使用单带双谷模型和隧道谐振方法计算了电场作用下耦合量子阱和超晶格中的电子态.计算中考虑了能谷的非抛物线性和Г,Х两个能谷的贡献.算得的耦合量子阱能级同实验结果之间吻合良好,并且得出在某些电场下两个阱中的不同能级之间可能产生耦合.对超晶格的计算同样得到了同实验吻合的电场作用下的局域化及电子的带间跃迁能量.在GaAs/AlAs超晶格中还算得了适当电场下的有趣的Г-Х混和现象.     

能带混合量子阱的触发功能和异质谷间转移电子放大器件的研究

运用MonteCarlo理论模拟、二极管除穿伏安特性、器件振荡性能和射频输入信号激励下的放大功能研究了异质谷间转移电子器件中能带混合量子阱的触发功能。理论和实验研究发现，当能带混合量子讲中没有产生足够的异质谷间转移电子效应时，即使有源层中加有足够的电场仍然不能产生振荡。异质谷间转移电子效应成为器件进行射频工作的必要条件。在适当设计的器件中，运用输入射频信号也能激励异质谷间转移电子效应而触发输出放大信号。应用这一原理研制成8mm波段工作的稳态放大器，解决了二极管稳态放大器中的自激振荡问题。最后讨论了利用能带混合量子讲的触发功能来制作新的三端器件和各类功能器件的可能性。     

半导体中的谷间电子转移和体振荡

从GaAs/AlAs量子阱的量子限制、能带混合和隧穿共振中发现了新的异质谷间转移电子效应。用它制成了定位精度高的高效谷间电子布居控制极。把这种控制极设置于耿氏有源层的阴极端,消除了器件中的死区,抑制了强场畴,产生高效的电场弛豫振荡模。通过长有源层样品的模拟设计,发现了新的触发多电子束弛豫振荡模,实现了体振荡。模拟设计得出在20～25GHz频段能获得50W以上的脉冲振荡输出,效率大于40%。     

δ掺杂样品中空穴态的新行为

用有效质量理论研究了δ掺杂势中电子和空穴的行为。发现能量接近于δ势垒峰的空穴穿越势垒时能产生一系列谐振态。这些状态中的空穴波函数汇聚在势垒峰周围而同量子限制在势阱中的电子波函数交叠,产生光跃迁。用MBE生长的δ掺杂样品进行光调制光谱测量,发现明显的带间跃迁峰。测得的光谱峰同理论计算的能级相吻合,证实了δ势垒中空穴的新行为。     

异质谷间转移电子器件的计算机模拟

使用弛豫时间近似求出了描述两能谷间电子交换的方程。在此基础上建立了双能谷电子的连续性方程和油松方程。对具体的ＧａＡｓ／ＡｌｘＧａ１－ｘＡｓ异质谷间转移电子器件结构求解了这些方程组，得到了直流工作时器件内的电场分布、双能谷中载流子的布居以及两个能谷的电流分布。这些结果正好和常规Ｇｕｎｎ器件相反，说明了两种器件的不同工作机理。最后通过对低Ａｌ组份势垒结构的计算说明了Ｘ谷电子注入对器件工作的重要作用。