【摘要】：InP基高電子遷移率晶體管(HEMT)具有優(yōu)異的電子遷移率、噪聲、增益和功率特性,成為最具競(jìng)爭(zhēng)力的高頻半導(dǎo)體器件之一,廣泛應(yīng)用于國(guó)防航天、空間探測(cè)以及衛(wèi)星遙感等軍民空間領(lǐng)域之中。器件模型是連接制備工藝到實(shí)際應(yīng)用的橋梁,要求完成對(duì)電路性能的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和可實(shí)施性評(píng)估。針對(duì)InP基HEMT輻照環(huán)境應(yīng)用,精確的器件輻照模型可正確預(yù)估輻照對(duì)集成電路芯片造成的偏差,并指導(dǎo)抗輻照冗余設(shè)計(jì)。本論文建立了InP基HEMT器件常規(guī)工作狀態(tài)非線性等效電路模型并針對(duì)電子輻照建立了輻照直流模型。具體研究成果如下:1.InP基HEMT器件非線性等效模型建立。器件溝道電子濃度隨著柵偏壓增加而增加,最終因?yàn)楣潭ǖ膿诫s濃度達(dá)到飽和。本文采用雙曲正切函數(shù)描述器件膝點(diǎn)電壓隨著柵電壓的變化趨勢(shì)。器件柵電容隨著柵偏壓先增加到峰值,而后會(huì)因?yàn)轱柡蜏系离娏鞫饾u減小。本文采用分段函數(shù)描述柵電容隨著偏壓的變化關(guān)系,引入三次多項(xiàng)式描述柵電容隨著偏壓下降的趨勢(shì)。通過(guò)變量膝點(diǎn)電壓的引入,模型直流特性擬合誤差(e_(DC))減小1.02%;分段電容特性使得交流特性擬合誤差在不同柵偏壓下都有明顯減小。改進(jìn)的模型更加適合于InP基HEMT器件。2.InP基HEMT器件非線性輻照直流模型建立。通過(guò)研究不同劑量電子輻照對(duì)器件肖特基特性、轉(zhuǎn)移特性和輸出電流的影響,建立相應(yīng)輻照模型。肖特基柵反向飽和電流及理想因子隨著輻照因子的增加呈現(xiàn)指數(shù)增加的趨勢(shì);轉(zhuǎn)移特性隨著輻照劑量負(fù)向移動(dòng),且隨著輻照劑量增加呈減小趨勢(shì);隨著輻照劑量增加,輸出電流特性中kink效應(yīng)減弱。在InP基HEMT器件非線性半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?引入各參數(shù)與輻照因子變化的指數(shù)關(guān)系,建立了器件肖特基和轉(zhuǎn)移特性模型;同時(shí)在模型中引入不同輻照劑量下Kink效應(yīng)的斜率M建立了輸出電流輻照模型,模型仿真與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合良好。InP基HEMT器件大信號(hào)模型的建立有助于推進(jìn)其毫米波集成電路的研制,其輻照模型更將促進(jìn)器件及相關(guān)集成電路空間領(lǐng)域應(yīng)用。
【圖文】：

圖 1.1 集成電路設(shè)計(jì)流程由于航空航天技術(shù)的快速發(fā)展，InP 基 HEMT 器件和相關(guān)集成電路已經(jīng)開(kāi)始在空間環(huán)境中廣泛應(yīng)用。然而空間環(huán)境中存在由有大量的電磁輻射和帶電粒子，器件不可避免受到輻射影響，極大程度地降低了電子系統(tǒng)在空間運(yùn)行中的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)在 1973-1986 年發(fā)射的衛(wèi)星中出現(xiàn) 1589 次故障，其中有70%與空間帶電粒子有關(guān)，38.1%的損壞是由于輻射粒子對(duì)材料電子系統(tǒng)造成的[7, 8]。因此可知，器件輻照的研究對(duì)其在空間環(huán)境中的應(yīng)用至關(guān)重要。為了相關(guān)集成電路在輻照空間中可以持續(xù)穩(wěn)定的工作，我們必須研究清楚輻照對(duì)器件特性的影響，準(zhǔn)確的預(yù)估器件的工作狀態(tài)。在輻照工作環(huán)境下，InP 基 HEMT 器件的柵極泄漏電流、溝道二維電子氣濃度等性能參數(shù)都將發(fā)生不同趨勢(shì)或者不同程度的改變。目前，對(duì)器件輻照的研究主要集中在抗輻照材料研究，然而無(wú)論采取任何材料都不能完全抵消輻照效應(yīng)的影響。器件性能的研究最終需要落實(shí)于相關(guān)集成電路設(shè)計(jì)，然而國(guó)內(nèi)外至今并沒(méi)有相關(guān)輻照電路的報(bào)道。因此研究器件輻照模型也是對(duì)器件輻照研究

InP 基 HEMT 器件工作原理中。另一方面，溝道層和隔離層接觸時(shí)，由于溝道的禁帶寬度窄，在界面成勢(shì)阱，儲(chǔ)存大量二維電子氣形成導(dǎo)電溝道。隔離層使用未摻雜的 InAlAs ，其作用是減少勢(shì)壘層電離雜質(zhì)對(duì)溝道二維電子氣產(chǎn)生庫(kù)倫散射效應(yīng)。隨離層的厚度增大，散射效應(yīng)對(duì)溝道二維電子氣的影響減小。δ摻雜層采用摻雜，既可以增強(qiáng)柵極調(diào)控，又可以提高器件的擊穿電壓。肖特基勢(shì)壘層金屬形成肖特基接觸，，實(shí)現(xiàn)對(duì)溝道電流的調(diào)控。增加其厚度和禁帶寬度可加溝道電子濃度。然而由于寬禁帶材料與溝道材料存在晶格失配，會(huì)增加中心，造成電子遷移率降低，因此勢(shì)壘層通常與溝道材料保持晶格匹配。使用高摻雜濃度窄禁帶寬度 InGaAs 半導(dǎo)體材料，目的是為了降低漏源歐姆電阻。
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 Asher Madjar;張俊杰;;用一種效率高而精確的模型預(yù)測(cè)雙柵GaAsMESFET的大信號(hào)微波性能[J];半導(dǎo)體情報(bào);1987年05期

2 鄧蓓,包宗明;平面高反壓器件的兩維數(shù)值模擬[J];固體電子學(xué)研究與進(jìn)展;1989年02期

3 居悌;電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)——十、器件模型的建立[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);1986年12期

4 孫全意,丁立波,張合;三種電路仿真軟件比較及器件模型加入方法[J];半導(dǎo)體技術(shù);2001年06期

5 蘇元博;;憶阻器數(shù)學(xué)器件模型的分析[J];中國(guó)新通信;2019年03期

6 杜忠 ,鮑百容;電路CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))中元器件模型的選取及應(yīng)用[J];航天控制;1987年03期

7 盧東旭;楊克武;吳洪江;高學(xué)邦;;GaN功率器件模型及其在電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J];半導(dǎo)體技術(shù);2007年04期

8 肖嬋娟;張豪;梁文才;吳冬華;;基于碳化硅MOSFET的器件建模與仿真[J];電力電子技術(shù);2018年10期

9 劉諾，謝孟賢;高電子遷移率晶體管器件模型[J];微電子學(xué);1996年02期

10 王崗嶺;黃潁輝;;創(chuàng)建新晶體管元器件模型時(shí)常用符號(hào)的含義[J];電子制作;2004年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 陳文橋;孫濤;梁晉穗;胡曉寧;李言謹(jǐn);;碲鎘汞紅外探測(cè)器的PSPICE模型[A];大珩先生九十華誕文集暨中國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)大會(huì)論文集[C];2004年

2 陳睿;紀(jì)冬梅;沈忱;貢頂;;單粒子效應(yīng)TCAD數(shù)值仿真的三維建模方法[A];第十六屆全國(guó)核電子學(xué)與核探測(cè)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上冊(cè)）[C];2012年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前2條

1 中國(guó)科學(xué)院院士 王陽(yáng)元;二十一世紀(jì)硅微電子技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)和方向[N];科技日?qǐng)?bào);2001年

2 本報(bào)記者 顧鴻儒;中國(guó)寬禁帶功率器件如何“配齊”[N];中國(guó)電子報(bào);2019年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前8條

1 武利翻;InAs/AlSb高電子遷移率晶體管及MIS-HEMT研究[D];西安電子科技大學(xué);2017年

2 李小茜;原子層厚度二硫化鉬納米器件及其性能調(diào)控研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

3 吳強(qiáng);HBT模型參數(shù)提取方法及InP基單片集成器件的研究[D];北京郵電大學(xué);2008年

4 劉博;基于無(wú)序體系電荷輸運(yùn)理論的聚合物半導(dǎo)體全器件模型構(gòu)建與應(yīng)用[D];吉林大學(xué);2016年

5 朱臻;多晶硅薄膜晶體管器件模型研究[D];華東師范大學(xué);2011年

6 楊文超;有機(jī)太陽(yáng)能電池中金屬/有機(jī)界面物理過(guò)程的唯象研究[D];復(fù)旦大學(xué);2012年

7 劉一鳴;銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池的器件仿真[D];南開(kāi)大學(xué);2012年

8 呂偉鋒;工藝波動(dòng)對(duì)納米尺度MOS集成電路性能影響模型與相關(guān)方法研究[D];浙江大學(xué);2012年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 關(guān)思遠(yuǎn);單分子電導(dǎo)理論計(jì)算的影響因素分析[D];廈門大學(xué);2018年

2 余杰;基于氧化鉭阻變存儲(chǔ)器可靠性優(yōu)化研究[D];安徽大學(xué);2019年

3 王文斌;InP基HEMT器件非線性模型研究[D];鄭州大學(xué);2019年

4 陳瑞博;基于GGNMOS和SCR靜電防護(hù)器件的優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];鄭州大學(xué);2019年

5 石宏康;基于碳化硅功率器件的永磁同步電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

6 許明明;寬禁帶半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)過(guò)程建模與分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

7 李天浩;InP HEMT器件建模及PDK技術(shù)研究[D];杭州電子科技大學(xué);2018年

8 劉程晟;具備獨(dú)立三柵結(jié)構(gòu)的新型FinFET器件及其SRAM應(yīng)用研究[D];華東師范大學(xué);2018年

9 林心舒;中空?qǐng)A柱型超聲微操縱器件的研究[D];南京航空航天大學(xué);2018年

10 王奧琛;氮化鎵HEMT器件溫度特性研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2696625