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Al_(x)Ga_(1–x)N插入层对双沟道n-Al_(0.3)Ga_(0.7)N/GaN/i-Al_(x)Ga_(1–x)N/GaN HEMT器件性能的影响

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物理学报 2022年第16期71卷 325-334页

作者：蔡静姚若河耿魁伟华南理工大学微电子学院广州510640 中新国际联合研究院广州510700

双沟道AlGaN/GaNHEMT器件在电子限域性、电流运输等方面优于单沟道结构,且能更好地缓解电流崩塌,提高设备的运行能力,在高功率应用中具有重要意义.本文对n-Al_(0.3)Ga_(0.7)N/GaN/i-Al_(x)Ga_(1–x)N/GaN结构中的电荷状态以及运输性质... 详细信息

双沟道AlGaN/GaNHEMT器件在电子限域性、电流运输等方面优于单沟道结构,且能更好地缓解电流崩塌,提高设备的运行能力,在高功率应用中具有重要意义.本文对n-Al_(0.3)Ga_(0.7)N/GaN/i-Al_(x)Ga_(1–x)N/GaN结构中的电荷状态以及运输性质进行研究.通过求解一维薛定谔方程和泊松方程,获得其电势、电场和电子分布,分析了双沟道中二维电子气状态与合金无序散射、位错散射的关系.结果表明,在第一沟道中,当Al_(x)Ga_(1–x)N的Al组分和厚度提升时,二维电子气密度逐渐减小,合金无序散射的减弱使迁移率增大,位错散射增强致迁移率变小,总迁移率主要由合金无序散射决定.在第二沟道中,当Al_(x)Ga_(1–x)N的Al组分和厚度提升时,二维电子气密度随之增大,由于较低的势垒高度以及高渗透电子的作用,第二沟道中的合金无序散射影响更大,合金无序散射迁移率随Al_(x)Ga_(1–x)N层的Al组分和厚度的增加而减少且变化趋势逐渐趋于平缓,位错散射作用的减弱导致迁移率的提升.总体上,第一沟道势阱中受到的位错散射低于第二沟道势阱.随着背势垒厚度的增加,第二沟道中主导的散射机制逐渐从位错散射转为合金无序散射.

关键词：双沟道 2 DEG 迁移率

GaN HEMT源漏通道区电阻的自热和准饱和效应模型

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华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第7期52卷 1-8页

作者：姚若河姚永康耿魁伟华南理工大学微电子学院广东广州511442 中新国际联合研究院广东广州510700

GaN HEMT在栅极与源极和漏极之间存在一段通道区域,在等效电路模型中通常等效为一电阻,称为源漏通道区电阻R_(D,S)。准确构建GaN HEMT R_(D,S)模型,对于分析GaN HEMT直流和射频特性,构建GaN HEMT大信号模型具有十分重要的意义。本研究... 详细信息

GaN HEMT在栅极与源极和漏极之间存在一段通道区域,在等效电路模型中通常等效为一电阻,称为源漏通道区电阻R_(D,S)。准确构建GaN HEMT R_(D,S)模型,对于分析GaN HEMT直流和射频特性,构建GaN HEMT大信号模型具有十分重要的意义。本研究给出考虑自热和准饱和效应的R_(D,S)模型。首先由源漏通道区温度T_(CH)与耗散功率P_(diss)的关系,推导出非线性自热效应模型。进一步基于准饱和效应和Trofimenkoff模型,给出源漏通道区电子漂移速度与电场强度的关系表达式,构建非线性R_(D,S)模型。在环境温度Tamb=300~500 K时,源漏通道区二维电子气2DEG面密度n_(S,acc)(T_(CH))和迁移率μ_(acc)(T_(CH))随T_(CH)的升高而下降,这导致低偏置条件下的源漏通道区电阻R_(D0,S0)随T_(CH)呈非线性增长。将本研究和文献报道的R_(D,S)模型与TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真数据进行对比,结果显示:本研究与文献报道的漏通道区电阻RD模型的平均相对误差分别为0.32%和1.78%,均方根误差(RMSE)分别为0.039和0.20Ω;RS模型的平均相对误差分别为0.76%和1.73%,RMSE分别为0.023和0.047Ω。与文献报道的实验数据进行对比,结果显示:本研究与文献RD模型的平均相对误差分别为0.91%和1.59%,RMSE分别为0.012和0.015Ω;RS平均相对误差分别为1.22%和2.77%,RMSE分别为0.0015和0.0034Ω。本研究提出的R_(D,S)模型具有更低的平均相对误差和均方根误差,能够更加准确地表征GaN HEMT线性工作区R_(D,S)随漏源电流I_(DS)的变化。可将本模型用于器件的设计优化,也可作为Spice模型用于电路仿真。

关键词：源漏通道区电阻 GaN HEMTs 自热效应准饱和效应

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水热蒸汽法制备ZnO纳米棒的研究

人工晶体学报 2015年第10期44卷 2891-2897页

作者：耿魁伟杨力殷强王亚茹罗龙华南理工大学电子与信息学院广州510640

采用新发展的水热蒸汽法,通过乙二胺蒸汽制备了高长径比的ZnO纳米棒。采用XRD、SEM、PL谱和拉曼光谱对产物进行了表征。结果表明ZnO纳米棒为六方柱形结构,纳米棒整体排列整齐,高度有序。ZnO纳米棒具有高度的取向性,沿c轴择优生长,大部分... 详细信息

采用新发展的水热蒸汽法,通过乙二胺蒸汽制备了高长径比的ZnO纳米棒。采用XRD、SEM、PL谱和拉曼光谱对产物进行了表征。结果表明ZnO纳米棒为六方柱形结构,纳米棒整体排列整齐,高度有序。ZnO纳米棒具有高度的取向性,沿c轴择优生长,大部分的ZnO纳米棒都垂直于基底。ZnO纳米棒在385nm有一个本征发光峰,在433nm、481nm、520nm之间有明显的缺陷发光峰,可能是由于氧空位和锌空位引起的。在生长温度为150℃的时候,450~550nm之间发光峰强度远大于其他温度,可能是温度太高,生长速度太快,缺陷相对较多。ZnO纳米棒在437.61cm-1处特征峰明显,其峰值较高,结晶度较好,由于衬底存在微小的晶格失配,所以存在压应力。在120℃的生长温度,生长时间为12h下,制备出的ZnO纳米棒长度为24μm,直径为180nm,长径比达到130∶1。

关键词：水热蒸汽法 ZnO 纳米棒乙二胺

基于MoS2/Graphene复合材料的摩擦纳米发电机

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华南理工大学学报（自然科学版） 2020年第10期48卷 113-119,128页

作者：耿魁伟徐志平李徐华南理工大学微电子学院广东广州510640

制备了一种基于MoS2/Graphene复合纳米材料嵌入式电子接收层的摩擦纳米发电机(TENG),研究了不同电子接收层对TENG输出电压响应、频率响应及负载响应等参数的影响,并探讨了相关增强机制。在5 Hz的工作频率下,相比没有电子接收层的TENG,... 详细信息

制备了一种基于MoS2/Graphene复合纳米材料嵌入式电子接收层的摩擦纳米发电机(TENG),研究了不同电子接收层对TENG输出电压响应、频率响应及负载响应等参数的影响,并探讨了相关增强机制。在5 Hz的工作频率下,相比没有电子接收层的TENG,嵌入电子接收层的TENG的输出电压提升了3~8倍。在最佳外部负载阻抗的情况下,电子接收层为MoS2/Graphene的TENG(TENG-M/G)的最大输出功率是电子接收层为聚酰亚胺膜的TENG(TENG-PI)的23倍。通过分析转移电荷量的差异,探讨了不同电子接收层的TENG输出差异性的原因。为了进一步验证实验结果,制作了掺杂不同PI膜作栅绝缘层的金属-绝缘体-半导体(MIS)器件,通过分析其在1 kHz下的C-V特性曲线,探讨了造成TENG输出差异性的内部机制及MoS2/Graphene复合材料在TENG中的电荷捕获作用。

关键词：摩擦纳米发电机二硫化钼石墨烯复合材料金属-绝缘体-半导体

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的栅极电容模型

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物理学报 2021年第21期70卷 274-280页

作者：刘乃漳姚若河耿魁伟华南理工大学微电子学院广州510640 中新国际联合研究院广州510700

Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管的栅极电容由本征电容和边缘电容组成.边缘电容分为外部边缘电容和内部边缘电容,内部边缘电容相比外部边缘电容对器件的开关转换特性更为敏感.本文基于内部边缘电容的形成机理,推导了内部边缘电容C_(ifs... 详细信息

Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管的栅极电容由本征电容和边缘电容组成.边缘电容分为外部边缘电容和内部边缘电容,内部边缘电容相比外部边缘电容对器件的开关转换特性更为敏感.本文基于内部边缘电容的形成机理,推导了内部边缘电容C_(ifs/d)模型,进一步的分析表明,其与器件的栅极偏置强相关;基于WardDutton电荷分配原则推导了相应的本征电容模型,最后结合外部边缘电容得到了完整的栅极电容模型.由于边缘电容是由器件结构产生的寄生电容,仿真结果表明,若不考虑边缘电容的影响,栅源电容的误差可达80%以上,而栅漏电容的误差可达65%以上.因此,在高频开关应用领域,边缘电容对栅极电容的影响不可忽略.

关键词：高电子迁移率晶体管内部边缘电容栅极电容模型

基于扩散模型的ZnO/p-Si异质结伏安特性研究

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华南理工大学学报（自然科学版） 2011年第2期39卷 1-6页

作者：熊超姚若河耿魁伟华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

为了揭示ZnO/p-Si异质结的导电机理,基于p-n结扩散模型和Anderson扩散模型推导了ZnO/p-Si异质结在理想情况下的伏安特性,并分析了掺杂浓度、工作温度以及能带补偿的影响.结果表明:当正向偏压超过势垒高度时,界面两边多数载流子由耗尽变... 详细信息

为了揭示ZnO/p-Si异质结的导电机理,基于p-n结扩散模型和Anderson扩散模型推导了ZnO/p-Si异质结在理想情况下的伏安特性,并分析了掺杂浓度、工作温度以及能带补偿的影响.结果表明:当正向偏压超过势垒高度时,界面两边多数载流子由耗尽变为堆积,形成反向势垒,对异质结的正向电流起阻碍作用;当外加正向电压等于内建势垒高度时,伏安特性曲线出现转折点;当外加正向电压超过转折点电压时,电流密度随电压升高而增大的速度减缓;反向饱和电流密度随p-Si受主掺杂浓度的增加和工作温度的降低而减小,但与ZnO的掺杂浓度和导带补偿无关;p-Si和ZnO的掺杂浓度减小、工作温度升高以及导带补偿增大均会引起转折点位置对应的外加正向电压减小.

关键词：氧化锌异质结伏安特性内建势垒扩散模型

a-Si:H/c-Si异质结太阳电池J-V曲线的S-Shape现象

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物理学报 2010年第9期59卷 6538-6544页

作者：钟春良耿魁伟姚若河华南理工大学电子信息学院广州510640

通过异质结界面分析与AMPS模拟计算研究了a-Si:H/c-Si异质结太阳电池在低温工作、a-Si:H层低掺杂、高价带补偿以及高界面态时光态J-V曲线出现S-Shape现象的物理过程,总结了S-Shape现象的物理原因.分析结果表明,当空穴输运受到界面势垒... 详细信息

通过异质结界面分析与AMPS模拟计算研究了a-Si:H/c-Si异质结太阳电池在低温工作、a-Si:H层低掺杂、高价带补偿以及高界面态时光态J-V曲线出现S-Shape现象的物理过程,总结了S-Shape现象的物理原因.分析结果表明,当空穴输运受到界面势垒的限制时,空穴在c-Si界面附近聚集,能带重新分配,c-Si耗尽区的电场减小,更多的电子从c-Si准中性区反转至c-Si界面及耗尽区与空穴复合,复合速率显著增大,光电流的损失显著增大,光态J-V曲线反映为S-Shape现象.

关键词：模拟异质结太阳电池 a-Si:H/c-Si异质结

短沟道金属-氧化物半导体场效应晶体管的散粒噪声模型

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物理学报 2020年第17期69卷 192-200页

作者：张梦姚若河刘玉荣耿魁伟华南理工大学电子与信息学院广州510641

随着金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的尺寸进入到纳米量级,器件的噪声机理逐渐开始转变.传统的热噪声与漏源电流模型精度出现下降,散粒噪声成为器件噪声不可忽略的因素.本文通过求解能量平衡方程,推导了短沟道MOSFET器件的... 详细信息

随着金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的尺寸进入到纳米量级,器件的噪声机理逐渐开始转变.传统的热噪声与漏源电流模型精度出现下降,散粒噪声成为器件噪声不可忽略的因素.本文通过求解能量平衡方程,推导了短沟道MOSFET器件的沟道电子温度和电子速度表达式,由此建立了漏源电流模型;基于漏源电流模型建立了适用于40 nm以下器件的散粒噪声模型和热噪声模型.研究了n型金属-氧化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)器件在不同偏置电压下,器件尺寸对散粒噪声抑制因子和噪声机理的影响.研究表明:已有的热噪声模型与散粒噪声模型的精度随着器件尺寸的减小而下降,导致相应的散粒噪声抑制因子被高估.当NMOSFET器件的尺寸减小到10 nm时,器件的噪声需由热噪声与受抑制的散粒噪声共同表征.本文建立的短沟道器件散粒噪声模型可应用于纳米尺寸NMOSFET器件噪声性能的分析与建模.

关键词：散粒噪声抑制因子电子温度短沟道场效应晶体管

用LambertW函数求解太阳能电池的串联电阻

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华南理工大学学报（自然科学版） 2010年第6期38卷 42-45页

作者：许佳雄姚若河耿魁伟华南理工大学电子与信息学院广东广州510640

为准确计算太阳能电池的串联电阻,从太阳能电池单二极管模型的电流-电压特性方程出发,推导出一个用LambertW函数形式表示的串联电阻解析表达式.该表达式仅需将太阳能电池的电流-电压特性曲线和模型参数值代入其中即可求出串联电阻,避免... 详细信息

为准确计算太阳能电池的串联电阻,从太阳能电池单二极管模型的电流-电压特性方程出发,推导出一个用LambertW函数形式表示的串联电阻解析表达式.该表达式仅需将太阳能电池的电流-电压特性曲线和模型参数值代入其中即可求出串联电阻,避免了通常近似计算方法所引入的误差.不同类型和不同工作条件下太阳能电池串联电阻的计算结果验证了文中计算方法的准确性和实用性.

关键词：太阳能电池串联电阻 LambertW函数电流-电压特性