內容簡介:《氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件》以作者多年的研究成果為基礎，系統(tǒng)地介紹了III族氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件的物理特性和實現(xiàn)方法，重點介紹了半導體高電子遷移率晶體管(HEMT)與相關氮化物材料?！兜飳捊麕О雽w材料與電子器件》共14章，內容包括：氮化物材料的基本性質、異質外延方法和機理，HEMT材料的電學性質，Al-GaN/GaN和InAlN/GaN異質結的生長和優(yōu)化、材料缺陷分析，GaN HEMT器件的原理和優(yōu)化、制備工藝和性能、電熱退化分析，GaN增強型HEMT器件和集成電路，GaN MOS-HEMT器件，最后給出了該領域未來技術發(fā)展的幾個重要方向。

目錄:目錄
《半導體科學與技術叢書》出版說明
序言
第1章 緒論 1
參考文獻 4
第2章 III族氮化物半導體材料的性質 6
2.1 III族氮化物的晶體結構和能帶結構 6
2.1.1 GaN、AlN和InN 6
2.1.2 氮化物合金材料的晶格常數(shù)和禁帶寬度 9
2.1.3 異質結界面的能帶帶階 10
2.2 氮化物的電子速場關系和低場遷移率 10
2.2.1 GaN的電子速場關系 10
2.2.2 GaN和AlGaN的電子低場遷移率和速場關系解析模型 11
2.3 氮化物材料的極化效應 15
2.3.1 極性 15
2.3.2 自發(fā)極化和壓電極化效應 16
2.3.3 氮化物合金材料的壓電和自發(fā)極化強度 17
2.3.4 削弱極化效應的機制 19
2.3.5 極性材料和非極性/半極性材料 20
2.4 氮化物電子材料的摻雜和其他性質 21
2.5 氮化物材料性質測試分析 22
2.5.1 高分辨X射線衍射(HRXRD) 22
2.5.2 原子力顯微鏡(AFM) 26
2.5.3 掃描電子顯微鏡(SEM) 28
2.5.4 透射電子顯微鏡(TEM) 28
2.5.5 光致發(fā)光譜(PL譜) 29
2.5.6 電容 電壓測試(C-V) 31
2.5.7 范德堡法霍爾測試 32
2.5.8 霍爾條測試SdH振蕩分析二維電子氣輸運性質 33
參考文獻 35
第3章 氮化物材料的異質外延生長和缺陷性質 39
3.1 氮化物材料的外延生長技術 39
3.2 外延生長基本模式和外延襯底的選擇 42
3.2.1 外延生長的基本模式 43
3.2.2 外延襯底的選擇 44
3.3 MOCVD生長氮化物材料的兩步生長法 46
3.3.1 兩步生長法的步驟 46
3.3.2 藍寶石上兩步法生長GaN的生長模式演化 48
3.4 氮化物材料外延的成核層優(yōu)化 49
3.4.1 低溫GaN成核層 49
3.4.2 高溫AlN成核層 50
3.4.3 間歇供氨生長的高溫AlN成核層 52
3.5 氮化物材料外延層生長條件對材料質量的影響 53
3.6 氮化物單晶薄膜材料的缺陷微結構 57
3.6.1 襯底與成核層界面的微結構——失配位錯 57
3.6.2 成核層內的微結構——堆垛層錯、局部立方相和反向邊界 58
3.6.3 高溫GaN層的微結構——小角晶界、穿透位錯和點缺陷 61
3.6.4 裂紋和沉淀物 63
參考文獻 64
第4章 GaNHEMT材料的電學性質與機理 66
4.1 GaN異質結中的二維電子氣 66
4.1.1 GaN異質結二維電子氣的形成機理 66
4.1.2 GaN異質結二維電子氣的面電子密度 68
4.2 GaN異質結中導帶和載流子分布的一維量子效應自洽解 70
4.2.1 一維薛定諤-泊松方程量子效應自洽解物理模型 71
4.2.2 一維薛定諤-泊松方程自洽解模型的數(shù)值算法 72
4.2.3 一維量子效應自洽解在GaN異質結中的應用 74
4.3 GaN異質結二維電子氣低場遷移率的解析建模分析 77
4.3.1 GaN異質結二維電子氣低場遷移率的解析建模 77
4.3.2 AlGaN/GaN異質結Al組分對遷移率的影響 80
4.3.3 晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二維電子氣輸運特性 83
參考文獻 86
第5章 AlGaN/GaN異質結材料的生長與優(yōu)化方法 88
5.1 AlGaN/GaN異質結材料結構 88
5.2 低缺陷密度氮化物材料生長方法 90
5.3 斜切襯底生長低缺陷GaN緩沖層 94
5.4 GaN的同質外延 96
5.4.1 斜切襯底上HVPE生長GaN 97
5.4.2 HVPEGaN模板上MOCVD外延GaN 98
5.5 高阻GaN外延方法 102
5.5.1 緩沖層漏電的表征方法 102
5.5.2 位錯對襯底O擴散的影響 103
5.5.3 掩埋電荷層抑制方案 105
5.5.4 GaN緩沖層背景n型摻雜的抑制 106
5.6 AlGaN勢壘層的優(yōu)化 107
5.6.1 AlGaN勢壘層Al組分和厚度對材料2DEG性質的影響 107
5.6.2 AlN界面插入層的作用 109
5.6.3 帽層對異質結材料性質的影響 112
參考文獻 115
第6章 AlGaN/GaN多異質結材料與電子器件 117
6.1 Al(Ga，In)N/InGaN/GaN材料 117
6.2 GaN溝道下引入AlGaN背勢壘 119
6.3 InGaN背勢壘結構 123
6.4 雙/多溝道AlGaN/GaN異質結 124
參考文獻 128
第7章 脈沖MOCVD方法生長InAlN/GaN異質結材料 129
7.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的優(yōu)勢及其HEMT特性 129
7.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生長、缺陷和電學性質 131
7.2.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生長和缺陷 131
7.2.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的電學性質 133
7.3 表面反應增強的脈沖MOCVD(PMOCVD)方法 135
7.4 PMOCVD方法生長InAlN/GaN異質結 136
7.4.1 外延生長壓強對InAlN/GaN的性能影響 138
7.4.2 In源脈沖時間對InAlN/GaN的性能影響 139
7.4.3 外延生長溫度對InAlN/GaN的性能影響 140
7.5 PMOCVD方法生長InAlN/GaN雙溝道材料 142
參考文獻 146
第8章 III族氮化物電子材料的缺陷和物性分析 148
8.1 腐蝕法分析GaN位錯類型和密度 148
8.1.1 腐蝕坑形狀與位錯類型的對應關系 148
8.1.2 濕法腐蝕準確估計不同類型位錯的密度 150
8.1.3 腐蝕法分析GaN的其他類型缺陷——反向邊界和小角晶界 152
8.2 不同極性面材料的腐蝕形貌和成因 153
8.2.1 N面材料的腐蝕特性 153
8.2.2 非極性a面GaN的選擇性腐蝕 155
8.3 斜切襯底降低位錯密度的機理分析 158
8.3.1 斜切襯底上GaN的位錯類型和位錯扎堆現(xiàn)象 158
8.3.2 斜切襯底上GaN中位錯的集中湮滅 159
8.4 極性對雜質結合和黃帶的影響 161
8.4.1 與極性有關的雜質結合模型 161
8.4.2 雜質結合對黃帶的影響 163
8.5 GaN中黃帶的深受主來源 164
8.5.1 GaN中黃帶與C雜質的相關性分析 164
8.5.2 對Ga空位引起黃帶發(fā)光的否定性討論 168
參考文獻 169
第9章 GaNHEMT器件的原理和優(yōu)化 171
9.1 GaNHEMT器件的工作原理 171
9.2 GaNHEMT器件的性能參數(shù) 173
9.2.1 直流性能參數(shù) 173
9.2.2 交流小信號跨導 174
9.2.3 截止頻率fT和最高振蕩頻率fmax 175
9.2.4 功率性能參數(shù) 177
9.3 GaNHEMT器件性能的優(yōu)化措施 178
9.4 提高器件擊穿電壓的場板結構仿真和實現(xiàn) 181
9.4.1 場板HEMT器件的仿真優(yōu)化 181
9.4.2 場板HEMT器件的實現(xiàn) 183
9.4.3 浮空場板結構的提出、優(yōu)化和實現(xiàn) 184
參考文獻 188
第10章 GaNHEMT器件的制備工藝和性能 189
10.1 表面清洗、光刻和金屬剝離 189
10.1.1 表面清洗 189
10.1.2 光刻與金屬剝離 189
10.2 器件隔離工藝 190
10.2.1 器件隔離方法 190
10.2.2 常見GaN干法刻蝕方法 191
10.2.3 等離子體刻蝕的機理和評估 192
10.3 肖特基金屬半導體接觸 193
10.3.1 肖特基結特性參數(shù)的提取方法 194
10.3.2 GaN和AlGaN/GaN異質結上肖特基結的特性評估 195
10.3.3 不同溶液預處理對肖特基結特性的影響分析 197
10.4 歐姆接觸 197
10.4.1 GaN與AlGaN/GaN的歐姆接觸的設計原則 198
10.4.2 歐姆接觸性能的測試方法——傳輸線模型 199
10.4.3 歐姆接觸性能的優(yōu)化 200
10.5 半導體器件的表面鈍化 202
10.6 器件互連線電鍍和空氣橋 204
10.6.1 電鍍 204
10.6.2 空氣橋 204
10.7 GaNHEMT器件的工藝流程 206
10.8 GaNHEMT器件的性能與分析 208
10.8.1 器件的直流性能 208
10.8.2 器件的小信號特性 209
10.8.3 器件的微波功率性能 209
參考文獻 210
第11章 GaNHEMT器件的電熱退化與可靠性 212
11.1 GaNHEMT器件的電流崩塌 212
11.2 GaNHEMT器件電退化的3種機理模型 214
11.2.1 熱電子注入 214
11.2.2 柵極電子注入 214
11.2.3 逆壓電效應 214
11.3 GaNHEMT的電應力退化(一) 216
11.3.1 溝道熱電子注入應力 216
11.3.2 柵極電子注入應力 217
11.3.3 VDS為零的柵壓階梯式應力 218
11.4 GaNHEMT的電應力退化(二) 219
11.4.1 源漏高壓開態(tài)應力 219
11.4.2 柵漏高壓應力——關態(tài)和開態(tài) 221
11.4.3 脈沖應力 223
11.4.4 改善HEMT器件電應力退化效應的措施 224
11.5 GaNHEMT的變溫特性 225
11.5.1 溫度對肖特基接觸性能的影響 226
11.5.2 溫度對歐姆接觸性能和材料方塊電阻的影響 226
11.5.3 溫度對AlGaN/GaNHEMT器件特性的影響 227
11.6 GaNHEMT的高溫存儲特性 229
參考文獻 233
第12章 GaN增強型HEMT器件和集成電路 235
12.1 GaN增強型HEMT器件 235
12.2 氟等離子體注入增強型器件的工藝與特性 240
12.2.1 增強型器件的結構和工藝 240
12.2.2 增強型器件的直流、擊穿和小信號性能 240
12.2.3 氟等離子體注入器件的柵漏二極管分析 241
12.3 氟等離子體注入E-HEMT的可靠性評估 244
12.3.1 氟等離子體注入E-HEMT在電應力下的特性退化分析 244
12.3.2 氟等離子體注入E-HEMT在高溫下的特性退化分析 247
12.4 氟等離子體注入E-HEMT器件的結構優(yōu)化 249
12.4.1 薄勢壘層常規(guī)HEMT器件 249
12.4.2 薄勢壘層氟等離子體注入增強型器件 251
12.5 增強/耗盡型GaN數(shù)字集成電路 2