基于等离子体处理的AlGaN/GaN异质结2DEG新机理研究及应用

发布时间：2025-07-07 05:00

　　GaN作为第三代半导体的重要成员之一,由于其优越的材料特性,已经成为当下世界半导体材料与器件研究的焦点。等离子体处理技术是一种常用的半导体工艺技术,通过调节不同气体配比及功率条件可对半导体进行刻蚀、钝化、调制载流子浓度等作用。在Al GaN/GaN异质结HEMT器件中,通过F等离子体处理技术可调制沟道中2DEG浓度,已实现增强型HEMT器件应用。通过等离子体处理开发器件的新应用已经成为重要的研究方向。等离激元是载流子间相互库伦作用形成的集体振荡,也称为等离子体波。室温下Al GaN/GaN异质结中二维电子气的浓度为1×1013/cm2,其等离激元的振荡频率处在太赫兹波段。本文探索了一种基于F等离子体处理的Al GaN/GaN二维电子气等离激元太赫兹辐射源器件。本文的主要工作包括设计了一种大面积光栅耦合的,具有2DEG周期性浓度差的等离激元太赫辐射源器件。通过SF6等离子体处理技术,调制了沟道中无栅区域的2DEG浓度,构建了一个栅下与无栅区域下形成2DEG浓度差的周期性结构。对器件在11K低温下进行辐射功率及光谱测试,测试得到太赫兹辐射功率为20p W,辐射光谱中最强峰位于0.65THz。...

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 引言
    1.1 课题研究的背景与意义
    1.2 2DEG中等离子体波的辐射机理
    1.3 等离子体处理技术及应用
    1.4 本文的主要工作及意义
第二章 F等离子体处理的Al GaN/GaN异质结辐射源器件
    2.1 宽禁带半导体GaN
        2.1.1 半导体材料的发展
        2.1.2 第三代半导体GaN及其优势
    2.2 AlGaN/GaN异质结2DEG形成机理
    2.3 基于Al GaN/GaN异质结的太赫兹辐射源器件
        2.3.1 周期浓度差边界条件的构建
        2.3.2 辐射源器件版图的设计
    2.4 本章小节
第三章 太赫兹辐射源器件的制备与测试
    3.1 Al GaN/GaN异质结外延片结构
    3.2 新型太赫兹辐射源器件的制备工艺
        3.2.1 外延片清洗
        3.2.2 光刻套刻标记的制备
        3.2.3 有源区隔离
        3.2.4 源漏电极的制备
        3.2.5 栅电极的制备
        3.2.6 F等离子体调制二维电子气
    3.3 室温下辐射源器件的电学测试
        3.3.1 欧姆退火后的电学测试
        3.3.2 常温下器件电学特性测试
        3.3.3 F等离子调制后器件测试
    3.4 本章小节
第四章 太赫兹辐射源低温光电测试
    4.1 低温太赫兹光电测试装置
        4.1.1 器件测试真空低温腔
        4.1.2 太赫兹傅里叶光谱仪
        4.1.3 基于自混频效应的太赫兹探测器
    4.2 太赫兹辐射源功率测试
        4.2.1 测试环境搭建
        4.2.2 低温下辐射源电学测试
        4.2.3 太赫兹辐射功率测试
    4.3 太赫兹辐射源光谱测试
        4.3.1 太赫兹傅里叶光谱仪的校准
        4.3.2 辐射源器件低温光谱测试
    4.4 太赫兹透射光谱测试
        4.4.1 透射器件低温下电学特性测试
        4.4.2 器件透射光谱测试
    4.5 本章小结
第五章 Al GaN/GaN异质结SF₆等离子体处理气敏机理研究
    5.1 Al GaN/GaN异质结SF₆等离子体处理不稳定现象
    5.2 空气中常见气体组分对器件阻值的影响
    5.3 不同有机挥发气体对器件阻值的影响
    5.4 SF₆等离子体处理后器件对气体敏感机理分析
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：4056539