AlGaNAlNGaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制变温研究的任务书.docx

AlGaNAlNGaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制变温研究的任务书
任务书
题目：AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制变温研究
背景及研究意义：
晶体管是当今电子电路中最重要的器件之一，其应用广泛，例如射频功率放大器、低噪声放大器、混频器、开关等领域。其中，栅极氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是最主要的一类晶体管，其制造工艺成熟，非常稳定，价格也较为适中。
然而，在一些高电压、高频率的应用场景下，MOSFET的性能不能满足需求，而高电子迁移率晶体管（HEMT）则是更加适合的选择。HEMT的基本原理是利用半导体异质结实现了空间电荷填充层（SPS）的限制，从而解决了MOSFET中漏电流问题。GaN材料由于具有较大的能带间隙和电子迁移率、较高的饱和漂移速度，因此成为一种非常理想的HEMT材料。
然而，伴随着HEMT的性能提高，器件的可靠性却随之降低。其中一个重要因素是由于高电场导致极化效应和库仑场效应。在高电场下，材料中电子和晶格进行相互作用，可能导致各种本征和杂质缺陷，极化和压电效应等。因此，HEMT材料和结构的优化，能够减弱极化和库仑场效应，并提高器件的可靠性和性能。
本研究旨在深入探究AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制变温效应，并试图寻找解决方案。具体任务如下：
任务一：通过建立AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管的模型，研究其在高电场下的物理机制。利用自洽计算的方法，研究极化效应和库仑场效应对能带结构和电子输运性质的影响。
任务二：通过设置不同温度下的模型参数，模拟AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管的性能变化。利用图表等方式将模拟结果进行分析和展示，探究其性能变化规律。
任务三：通过采用各种形式的散射机制，模拟AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管中的加热效应，验证温度变化对极化场效应和库仑场效应的影响，并进一步研究这些现象的物理机制。也可通过变化组分比和制备工艺等方式实验验证。
任务四：针对研究过程中发现的问题，提出解决方案，并进一步探究优化HEMT材料和结构、提高器件可靠性和性能的方法，以期为HEMT器件的研究和开发提供一定的参考和支持。
研究条件及方法：
本研究需利用第一性原理计算模拟、射频微波器件测试仪、气相沉积等实验设备。具体工作方法包括计算方法、器件模拟设计、器件加工和测试等。
计算方法：利用霍恩伯格-卡恩-修正平面波（HCK）方法进行第一性原理计算模拟，以得出AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管的能带结构和输运特性。可采用VASP等第一性原理计算软件，同时，为了研究温度变化对材料性能的影响，需要对基础的材料参数、模型参数进行不同温度下的设定和计算。
器件模拟设计：在考虑温度变化下的情况下，搭建基于AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管的模拟设计模型。根据任务一、任务二中的计算结果，进一步研究导致性能变化的机制。
器件加工和测试：将模拟设计的器件加工出来，利用微波器件测试仪进行深入的测试，从而得到实验数据。实验数据的分析与计算模拟结果相结合，可以得到更全面、更准确的研究结果。
预期成果：
通过本研究，预计可以得到以下几个方面的成果：
1.研究了AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管在高电场下的物理机制，并发现极化效应和库仑场效应对电子输运性质的影响。
2.通过模拟温度变化下的AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管的性能变化规律，探究温度变化对极化场效应和库仑场效应的影响，有助于设计更稳定、更可靠的HEMT器件。
3.研究了AlGaN/AlN-GaN异质结场效应晶体管中极化库仑场散射机制变温效应，为高电场下材料的研究提供参考。
4.提出解决方案，探究优化HEMT材料和结构、提高器件可靠性和性能的方法，为HEMT器件的发展提供新的思路。
本研究所获得的成果对于电子器件特别是高功率、高频率的电子器件、光电器件的应用和发展具有强烈的推动作用。