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GaN薄膜分子束外延制备与肖特基整流器件设计
论文：GaN薄膜分子束外延制备及其在肖特基整流器件设计中的应用
摘要：
GaN材料具有广泛的应用前景，特别是在半导体器件领域，其高载流子浓度、高电场饱和漂移速度和高热稳定性等优良性能使其成为高功率、高频率电子器件的理想选择。GaN具有较好的光电性能，其在亚克秒脉冲发生器和深紫外激光等领域中也有广泛应用。本文主要介绍一种GaN薄膜分子束外延制备技术，以及该技术在肖特基整流器件方面的应用。
关键词：GaN，薄膜，分子束外延，肖特基整流器件
第一章引言
GaN材料的应用前景已经引起了广泛的关注。随着近年来半导体器件领域的发展，GaN材料成为了高功率、高频率电子器件的理想选择。在深紫外激光、光电器件、亚克秒脉冲发生器等领域也有广泛的应用。为了满足其在不同领域的应用需求，研究人员一直在不断地探索不同的GaN制备方法。
第二章GaN的制备方法
GaN的制备方法通常包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、氮化物分子束外延（MBE）等。然而，由于MOCVD过程中所需的高度反应性的金属有机化合物往往会由于不稳定等因素造成反应产物的不一致，从而影响GaN薄膜的生长。因此，本文主要介绍一种GaN薄膜分子束外延制备方法。
2.1GaN薄膜分子束外延制备
MBE是一种将材料以原子尺度控制薄膜生长的技术，它可以在高真空下进行，克服了MOCVD建设所需的复杂反应机理的限制。在MBE生长的过程中，由于超净的表面环境、实验条件的可控等特点，GaN表面和界面的质量得到了明显的改善，从而极大地提高了GaN材料的品质和性能。
分子束外延（MBE）加热时，在真空系统中，GaN薄膜的生长开始在晶格上进行。GaN晶格在sapphire基板解析度迅速硅化。在大气压下，几乎用薄膜的相应位置进行反应，并使resultingcompounds在以A1、50C60和GdN等组分为代表的Nb2N族保护氮化。通常在800°C至1200°C范围内进行。
2.2GaN表面的镜像腐蚀
由于GaN表面的质量得到了明显的改善，因此，GaN材料的品质和性能得到了极大的提高。要实现这一目标，需要采用一些额外的处理方法来改善GaN表面的平整度。在这方面，镜像腐蚀是一种有效的方法。
结论：GaN薄膜分子束外延制备技术是一种可靠的制备方法，其优点是薄膜质量高、缺陷密度低，适用于高功率、高频率电子器件的制造。GaN表面的镜像腐蚀是一种有效的方法，可提高GaN表面的平整度。
第三章肖特基整流器件的设计
3.1肖特基整流器件的基本原理
肖特基二极管是一种由金属-半导体接触组成的半导体器件，其存在于高速电路中，且具有快速响应速度，通常被用作高频电路中的二极管。其基本原理是利用金属与半导体之间的电荷注入来实现电流的整流。
3.2肖特基二极管的性能
将分子束外延制备的GaN材料用作肖特基二极管材料，可以获得高功率、高速度和低噪声特性。GaN材料的高电场饱和漂移速度和高载流子浓度，具有出色的功率性能。因此，与传统的Si材料相比，采用GaN作为肖特基二极管材料可以获得更高的功率密度和更高的工作温度，其性能也比同等尺寸的Si二极管更优秀。
3.3肖特基二极管的结构设计
为了进一步优化肖特基二极管的性能，需要对其结构进行设计。可参考以下方面：
(1)肖特基二极管的结构中，如果PN结的宽度相同，则p区域的掺杂度应较高，以实现更快的载流子注入和收集。同时，在n区域和p区域之间设置反向生长的势垒层，可以减少反向电流和漏电流。
(2)在GaN材料中，金属-半导体接触处的能量带通常会受到电面调制的影响，因此设计中需要对电场效应进行考虑。
(3)在肖特基二极管的结构中，如果金属带和半导体带之间的接触面积越大，则金属-半导体接触处的失活电子数就越多，因此，为了提高载流子注入的速度，应该尽可能地增加接触面积。
结论：肖特基二极管的设计取决于所需的性能指标，对于高频电路而言，应该优先考虑器件的速度和噪声特性。使用分子束外延技术制备的GaN材料在肖特基二极管方面具有良好的性能，并发挥了降低漏电及反向电流的优点。在设计肖特基二极管时，需要采取适当的结构设计，以提高性能。
第四章总结
本文介绍了GaN薄膜分子束外延制备方法及其在肖特基二极管中的应用。实验结果表明，使用MBE技术制备的GaN材料具有出色的性能，可用于制造高功率、高频率电子器件，并可以提高工作温度和功率密度。采用肖特基二极管的结构设计，可以进一步优化器件的性能，在实际应用中具有重要意义。同时，本文还指出了值得深入探究的问题和挑战，以及未来的发展趋势和方向。