氮化物宽禁带半导体材料与电子器件

　　目录《半导体科学与技术丛书》出版说明序言第1章 绪论 1参考文献 4第2章 III族氮化物半导体材料的性质 62.1 III族氮化物的晶体结构和能带结构 62.1.1 GaN、AlN和InN 62.1.2 氮化物合金材料的晶格常数和禁带宽度 92.1.3 异质结界面的能带带阶 102.2 氮化物的电子速场关系和低场迁移率 102.2.1 GaN的电子速场关系 102.2.2 GaN和AlGaN的电子低场迁移率和速场关系解析模型 112.3 氮化物材料的极化效应 152.3.1 极性 152.3.2 自发极化和压电极化效应 162.3.3 氮化物合金材料的压电和自发极化强度 172.3.4 削弱极化效应的机制 192.3.5 极性材料和非极性/半极性材料 202.4 氮化物电子材料的掺杂和其他性质 212.5 氮化物材料性质测试分析 222.5.1 高分辨X射线衍射(HRXRD) 222.5.2 原子力显微镜(AFM) 262.5.3 扫描电子显微镜(SEM) 282.5.4 透射电子显微镜(TEM) 282.5.5 光致发光谱(PL谱) 292.5.6 电容 电压测试(C-V) 312.5.7 范德堡法霍尔测试 322.5.8 霍尔条测试SdH振荡分析二维电子气输运性质 33参考文献 35第3章 氮化物材料的异质外延生长和缺陷性质 393.1 氮化物材料的外延生长技术 393.2 外延生长基本模式和外延衬底的选择 423.2.1 外延生长的基本模式 433.2.2 外延衬底的选择 443.3 MOCVD生长氮化物材料的两步生长法 463.3.1 两步生长法的步骤 463.3.2 蓝宝石上两步法生长GaN的生长模式演化 483.4 氮化物材料外延的成核层优化 493.4.1 低温GaN成核层 493.4.2 高温AlN成核层 503.4.3 间歇供氨生长的高温AlN成核层 523.5 氮化物材料外延层生长条件对材料质量的影响 533.6 氮化物单晶薄膜材料的缺陷微结构 573.6.1 衬底与成核层界面的微结构——失配位错 573.6.2 成核层内的微结构——堆垛层错、局部立方相和反向边界 583.6.3 高温GaN层的微结构——小角晶界、穿透位错和点缺陷 613.6.4 裂纹和沉淀物 63参考文献 64第4章 GaNHEMT材料的电学性质与机理 664.1 GaN异质结中的二维电子气 664.1.1 GaN异质结二维电子气的形成机理 664.1.2 GaN异质结二维电子气的面电子密度 684.2 GaN异质结中导带和载流子分布的一维量子效应自洽解 704.2.1 一维薛定谔-泊松方程量子效应自洽解物理模型 714.2.2 一维薛定谔-泊松方程自洽解模型的数值算法 724.2.3 一维量子效应自洽解在GaN异质结中的应用 744.3 GaN异质结二维电子气低场迁移率的解析建模分析 774.3.1 GaN异质结二维电子气低场迁移率的解析建模 774.3.2 AlGaN/GaN异质结Al组分对迁移率的影响 804.3.3 晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二维电子气输运特性 83参考文献 86第5章 AlGaN/GaN异质结材料的生长与优化方法 885.1 AlGaN/GaN异质结材料结构 885.2 低缺陷密度氮化物材料生长方法 905.3 斜切衬底生长低缺陷GaN缓冲层 945.4 GaN的同质外延 965.4.1 斜切衬底上HVPE生长GaN 975.4.2 HVPEGaN模板上MOCVD外延GaN 985.5 高阻GaN外延方法 1025.5.1 缓冲层漏电的表征方法 1025.5.2 位错对衬底O扩散的影响 1035.5.3 掩埋电荷层抑制方案 1055.5.4 GaN缓冲层背景n型掺杂的抑制 1065.6 AlGaN势垒层的优化 1075.6.1 AlGaN势垒层Al组分和厚度对材料2DEG性质的影响 1075.6.2 AlN界面插入层的作用 1095.6.3 帽层对异质结材料性质的影响 112参考文献 115第6章 AlGaN/GaN多异质结材料与电子器件 1176.1 Al(Ga，In)N/InGaN/GaN材料 1176.2 GaN沟道下引入AlGaN背势垒 1196.3 InGaN背势垒结构 1236.4 双/多沟道AlGaN/GaN异质结 124参考文献 128第7章 脉冲MOCVD方法生长InAlN/GaN异质结材料 1297.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的优势及其HEMT特性 1297.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生长、缺陷和电学性质 1317.2.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生长和缺陷 1317.2.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的电学性质 1337.3 表面反应增强的脉冲MOCVD(PMOCVD)方法 1357.4 PMOCVD方法生长InAlN/GaN异质结 1367.4.1 外延生长压强对InAlN/GaN的性能影响 1387.4.2 In源脉冲时间对InAlN/GaN的性能影响 1397.4.3 外延生长温度对InAlN/GaN的性能影响 1407.5 PMOCVD方法生长InAlN/GaN双沟道材料 142参考文献 146第8章 III族氮化物电子材料的缺陷和物性分析 1488.1 腐蚀法分析GaN位错类型和密度 1488.1.1 腐蚀坑形状与位错类型的对应关系 1488.1.2 湿法腐蚀准确估计不同类型位错的密度 1508.1.3 腐蚀法分析GaN的其他类型缺陷——反向边界和小角晶界 1528.2 不同极性面材料的腐蚀形貌和成因 1538.2.1 N面材料的腐蚀特性 1538.2.2 非极性a面GaN的选择性腐蚀 1558.3 斜切衬底降低位错密度的机理分析 1588.3.1 斜切衬底上GaN的位错类型和位错扎堆现象 1588.3.2 斜切衬底上GaN中位错的集中湮灭 1598.4 极性对杂质结合和黄带的影响 1618.4.1 与极性有关的杂质结合模型 1618.4.2 杂质结合对黄带的影响 1638.5 GaN中黄带的深受主来源 1648.5.1 GaN中黄带与C杂质的相关性分析 1648.5.2 对Ga空位引起黄带发光的否定性讨论 168参考文献 169第9章 GaNHEMT器件的原理和优化 1719.1 GaNHEMT器件的工作原理 1719.2 GaNHEMT器件的性能参数 1739.2.1 直流性能参数 1739.2.2 交流小信号跨导 1749.2.3 截止频率fT和最高振荡频率fmax 1759.2.4 功率性能参数 1779.3 GaNHEMT器件性能的优化措施 1789.4 提高器件击穿电压的场板结构仿真和实现 1819.4.1 场板HEMT器件的仿真优化 1819.4.2 场板HEMT器件的实现 1839.4.3 浮空场板结构的提出、优化和实现 184参考文献 188第10章 GaNHEMT器件的制备工艺和性能 18910.1 表面清洗、光刻和金属剥离 18910.1.1 表面清洗 18910.1.2 光刻与金属剥离 18910.2 器件隔离工艺 19010.2.1 器件隔离方法 19010.2.2 常见GaN干法刻蚀方法 19110.2.3 等离子体刻蚀的机理和评估 19210.3 肖特基金属半导体接触 19310.3.1 肖特基结特性参数的提取方法 19410.3.2 GaN和AlGaN/GaN异质结上肖特基结的特性评估 19510.3.3 不同溶液预处理对肖特基结特性的影响分析 19710.4 欧姆接触 19710.4.1 GaN与AlGaN/GaN的欧姆接触的设计原则 19810.4.2 欧姆接触性能的测试方法——传输线模型 19910.4.3 欧姆接触性能的优化 20010.5 半导体器件的表面钝化 20210.6 器件互连线电镀和空气桥 20410.6.1 电镀 20410.6.2 空气桥 20410.7 GaNHEMT器件的工艺流程 20610.8 GaNHEMT器件的性能与分析 20810.8.1 器件的直流性能 20810.8.2 器件的小信号特性 20910.8.3 器件的微波功率性能 209参考文献 210第11章 GaNHEMT器件的电热退化与可靠性 21211.1 GaNHEMT器件的电流崩塌 21211.2 GaNHEMT器件电退化的3种机理模型 21411.2.1 热电子注入 21411.2.2 栅极电子注入 21411.2.3 逆压电效应 21411.3 GaNHEMT的电应力退化(一) 21611.3.1 沟道热电子注入应力 21611.3.2 栅极电子注入应力 21711.3.3 VDS为零的栅压阶梯式应力 21811.4 GaNHEMT的电应力退化(二) 21911.4.1 源漏高压开态应力 21911.4.2 栅漏高压应力——关态和开态 22111.4.3 脉冲应力 22311.4.4 改善HEMT器件电应力退化效应的措施 22411.5 GaNHEMT的变温特性 22511.5.1 温度对肖特基接触性能的影响 22611.5.2 温度对欧姆接触性能和材料方块电阻的影响 22611.5.3 温度对AlGaN/GaNHEMT器件特性的影响 22711.6 GaNHEMT的高温存储特性 229参考文献 233第12章 GaN增强型HEMT器件和集成电路 23512.1 GaN增强型HEMT器件 23512.2 氟等离子体注入增强型器件的工艺与特性 24012.2.1 增强型器件的结构和工艺 24012.2.2 增强型器件的直流、击穿和小信号性能 24012.2.3 氟等离子体注入器件的栅漏二极管分析 24112.3 氟等离子体注入E-HEMT的可靠性评估 24412.3.1 氟等离子体注入E-HEMT在电应力下的特性退化分析 24412.3.2 氟等离子体注入E-HEMT在高温下的特性退化分析 24712.4 氟等离子体注入E-HEMT器件的结构优化 24912.4.1 薄势垒层常规HEMT器件 24912.4.2 薄势垒层氟等离子体注入增强型器件 25112.5 增强/耗尽型GaN数字集成电路 2

　　《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》以作者多年的研究成果为基础，系统地介绍了III族氮化物宽禁带半导体材料与电子器件的物理特性和实现方法，重点介绍了半导体高电子迁移率晶体管(HEMT)与相关氮化物材料。《氮化物宽禁带半导体材料与电子器件》共14章，内容包括：氮化物材料的基本性质、异质外延方法和机理，HEMT材料的电学性质，Al-GaN/GaN和InAlN/GaN异质结的生长和优化、材料缺陷分析，GaN HEMT器件的原理和优化、制备工艺和性能、电热退化分析，GaN增强型HEMT器件和集成电路，GaN MOS-HEMT器件，最后给出了该领域未来技术发展的几个重要方向。