F等离子体处理GaN E/D模电路工艺与设计

作     者：张宇桐 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郝跃

授予年度：2013年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：AlGaN/GaN 增强型 F等离子体处理 E/D模数字电路 SRAM 移相器 驱动电路 

摘      要：GaN材料因其禁带宽度大，击穿电压高，电子饱和漂移速度快等特点，已被证明在微波功率器件领域有着巨大的潜力。近年来，随着人们降低功耗，简化电路的需要，增强型GaN器件被广泛研究，并在此基础上采用E/D模，构建数字电路。得益于GaN材料良好的耐高温抗辐照特性，GaN基E/D模数字电路特别适用于特殊环境中。随着材料生长与工艺技术的发展，GaN材料的应用必然会从分立器件走向集成电路，而这正是本文的研究目标。 本文基于自主生长的11nm和16nm势垒层AlGaN/GaN异质结外延材料，采用F等离子体处理工艺，成功制备了增强型器件和包括反相器，与非门在内的简单E/D模数字电路，并进行了大量测试。对比了不同势垒结构、不同F等离子体处理条件下的增强型AlGaN/GaNHEMT器件的输出，转移，跨导，栅电流和CV特性，并进行了理论分析。又基于数字电路基本原理，着重探讨了两种材料上不同尺寸，不同电源电压以及不同F等离子体处理条件下，E/D模反相器的开关阈值，输出电位，电压摆幅，噪声容限，上升时间和下降时间。不仅证明了GaN基E/D模数字电路的可行性，而且从数字电路的角度详尽分析了GaN基E/D模数字电路的各项性能。 本文在以上流片结果的基础上，通过器件模型参数拟合，构建GaN基增强型与耗尽型器件模型，并在ADS仿真环境中成功的进行了GaN基E/D模SRAM的写仿真和读仿真，验证了GaN基E/D模SRAM的可行性;还进行了GaN基E/D模移相器驱动电路的仿真分析，实现了输入电压0V～5V，输出电压-4.6V～0V的电平转换，并分析了增强型器件阈值电压和肖特基二极管对于电路输出的影响。