1. 研究目的与意义
1.1研究背景：
自二十世纪以来，移动通信、电子汽车、大规模自动化工业生产等领域蓬勃发展，对相应的电子系统提出了更高的要求。功率电子器件作为电子系统中必不可少的核心元件，是提高系统性能的主要方向之一。目前应用市场上主要以硅基功率器件为主，在业界长久的努力下，Si基半导体器件的性能已经接近材料极限。为满足不同应用场景需求，达到更节能高效、更适应极限环境等目的，基于新一代半导体材料的功率器件成为研究的热点和重要方向。
宽禁带半导体器件适用于高频率、大功率等领域的应用。与传统的硅(Si）材料相比，碳化硅（SiC)、氮化镓（GaN）等宽禁带半导体材料具有明显优势。如图1-1和表1-1所示，宽禁带材料具有更大的击穿场强，这使得此类器件的漂移区可以更薄，进而拥有更小的导通电阻和器件尺寸，而尺寸的减小又能带来低的输入/输出电容值。高电子饱和速度跟低电容值为器件应用于高速开关提供了便利和优势。总而言之，宽禁带半导体材料的种种特性可以使此类电子器件的开关损耗更低，具有与传统硅基器件相比拟甚至更胜一筹的电流电压能力。
2. 研究内容与预期目标
2.1研究内容：
GaN HEMT器件主要利用异质结界面处高迁移率、高密度的二维电子气(2DEG)工作。这些2DEG主要是由极化效应产生，相应地表面存在大量的补偿正电荷。这些表面正电荷在器件制造或器件工作时会受到其表面覆盖物的显著影响，如表面的栅介质、钝化介质等，会影响GaN HEMT器件的性能和稳定性。采用SiO#8322;等高K材料作为GaN HEMT器件的栅介质，可以获得极低栅漏电、优良高频特性等优势，近年来成为研究热点之一。不过大多数研究集中在高K介质的选择、制备以及器件性能研究方面，而对于高K栅介质对GaN HEMT器件性能的影响研究相对较少。因此，本课题主要研究栅介质对GaN HEMT栅控能力的影响，并根据研究结论设计并实现具有较强的栅控能力的GaN HEMT器件。主要研究内容包括不同介电常数K的栅介质、介质厚度等对器件电学特性的影响。在上述基础上，得出栅介质的K值和厚度对器件电学特性的影响规律，并提出实现具有较高栅控能力的GaN HEMT器件。利用Silvaco TCAD软件，通过调整不同的栅介质的介电常数、介质厚度，分析栅介质对GaN HEMT器件跨导等电学特性的影响。
为了提高GaN HEMT器件的栅压摆幅，我们需要在栅极金属和势垒层之间插入一层介质层，来提高器件耐压。首先利用Silvaco TCAD软件对GaN HEMT器件进行建模及电学特性仿真。 然后选用合适的材料作为介质插入，设置材料参数，调整材料的介电常数、介质厚度，得出器件的输出和转移曲线。最后分析栅介质对GaN HEMT器件跨导等电学特性的影响，提出关于提高GaN HEMT器件栅控能力的科学建议。
3. 研究方法与步骤
3.1研究方法：
（1）查阅相关资料和文献，了解国内外GaN HEMT器件的发展现状，从中整理和总结出实现分析栅介质对GaN HEMT器件跨导等电学特性的影响，为本课题的研究做好准备。
（2）仿真设计，通过学习Silvaco TCAD仿真软件，熟练掌握仿真软件，尝试利用的不同介电常数κ的栅介质、介质厚度等对器件电学特性的影响，进行仿真，得出结论。
4. 参考文献
参考文献：
[1] Schwierz F,and Liou J J, Modern microwave Transistors- Theory, design and
performance,2003,Wiley.
5. 工作计划
1、2022.2.25-2022.3.15 调研文献并总结栅介质的介电常数和厚度对GaN HEMT相关电学特性的影响规律。
2、2022.3.16-2022.4.1 学习并掌握使用Silvaco TCAD仿真软件，能够独立使用该软件对GaN HEMT器件进行建模及电学特性仿真。
3、2022.4.2-2022.4.15 利用Silvaco TCAD软件，通过调整不同的栅介质的介电常数、介质厚度，分析栅介质对GaN HEMT器件跨导等电学特性的影响。
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