氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件

氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件

本書以作者多年的研究成果為基礎,系統地介紹了Ⅲ族氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件的物理特性和實現方法,重點介紹了半導體高電子遷移率電晶體(HEMT)與相關氮化物材料。

基本介紹

  • ISBN:9787030367174
  • 頁數:303
  • 定價:86.00元
  • 出版社科學出版社
  • 出版時間:2013-1
內容介紹,本書目錄,

內容介紹

《氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件》內容包括:氮化物材料的基本性質、異質外延方法和機理,HEMT材料的電學性質,AlCaN/GaN和InAlN/GaN異質結的生長和最佳化、材料缺陷分析,GaNHEMT器件的原理和最佳化、製備工藝和性能、電熱退化分析,GaN增強型HEMT器件和積體電路,GaN MOS-HEMT器件,最後給出了該領域未來技術發展的幾個重要方向。《氮化物寬禁帶半導體材料與電子器件》可供微電子、半導體器件和材料領域的研究生與科研人員閱讀參考。

本書目錄

《半導體科學與技術叢書》出版說明序言
第1章 緒論
參考文獻
第2章 Ⅲ族氮化物半導體材料的性質
2.1 Ⅲ族氮化物的晶體結構和能帶結構
2.1.1 GaN、AlN和InN
2.1.2 氮化物合金材料的晶格常數和禁頻寬度
2.1.3 異質結界面的能帶帶階
2.2 氮化物的電子速場關係和低場遷移率
2.2.1 GaN的電子速場關係
2.2.2 GaN和AlGaN的電子低場遷移率和速場關係解析模型
2.3 氮化物材料的極化效應
2.3.1 極性
2.3.2 自發極化和壓電極化效應
2.3.3 氮化物合金材料的壓電和自發極化強度
2.3.4 削弱極化效應的機制
2.3.5 極性材料和非極性/半極性材料
2.4 氮化物電子材料的摻雜和其他性質
2.5 氮化物材料性質測試分析
2.5.1 高分辨X射線衍射(HRXRD)
2.5.2 原子力顯微鏡(AFM)
2.5.3 掃描電子顯微鏡(SEM)
2.5.4 透射電子顯微鏡(TEM)
2.5.5 光致發光譜(PL譜)
2.5.6 電容電壓測試(C-V)
2.5.7 范德堡法霍爾測試
2.5.8 霍爾條測試SdH振盪分析二維電子氣輸運性質
參考文獻
第3章 氮化物材料的異質外延生長和缺陷性質
3.1 氮化物材料的外延生長技術
3.2 外延生長基本模式和外延襯底的選擇
3.2.1 外延生長的基本模式
3.2.2 外延襯底的選擇
3.3 MOCVD生長氮化物材料的兩步生長法
3.3.1 兩步生長法的步驟
3.3.2 藍寶石上兩步法生長GaN的生長模式演化
3.4 氮化物材料外延的成核層最佳化
3.4.1 低溫GaN成核層
3.4.2 高溫AlN成核層
3.4.3 間歇供氨生長的高溫AlN成核層
3.5 氮化物材料外延層生長條件對材料質量的影響
3.6 氮化物單晶薄膜材料的缺陷微結構
3.6.1 襯底與成核層界面的微結構——失配位錯
3.6.2 成核層內的微結構——堆垛層錯、局部立方相和反向邊界
3.6.3 高溫GaN層的微結構——小角晶界、穿透位錯和點缺陷
3.6.4 裂紋和沉澱物
參考文獻
第4章 GaN HEMT材料的電學性質與機理
4.1 GaN異質結中的二維電子氣
4.1.1 GaN異質結二維電子氣的形成機理
4.1.2 GaN異質結二維電子氣的面電子密度
4.2 GaN異質結中導帶和載流子分布的一維量子效應自洽解
4.2.1 一維薛丁格泊松方程量子效應自洽解物理模型
4.2.2 一維薛丁格泊松方程自洽解模型的數值算法
4.2.3 一維量子效應自洽解在GaN異質結中的套用
4.3 GaN異質結二維電子氣低場遷移率的解析建模分析
4.3.1 GaN異質結二維電子氣低場遷移率的解析建模
4.3.2 AlGaN/GaN異質結Al組分對遷移率的影響
4.3.3 晶格匹配InAlN/GaN和InAlN/AlN/GaN材料二維電子氣輸運特性
參考文獻
第5章 AlGaN/GaN異質結材料的生長與最佳化方法
5.1 AlGaN/GaN異質結材料結構
5.2 低缺陷密度氮化物材料生長方法
5.3 斜切襯底生長低缺陷GaN緩衝層
5.4 GaN的同質外延
5.4.1 斜切襯底上HVPE生長GaN
5.4.2 HVPEGaN模板上MOCVD外延GaN
5.5 高阻GaN外延方法
5.5.1 緩衝層漏電的表征方法
5.5.2 位錯對襯底O擴散的影響
5.5.3 掩埋電荷層抑制方案
5.5.4 GaN緩衝層背景n型摻雜的抑制
5.6 AlGaN勢壘層的最佳化
5.6.1 AlGaN勢壘層Al組分和厚度對材料2DEG性質的影響
5.6.2 AlN界面插入層的作用
5.6.3 帽層對異質結材料性質的影響
參考文獻
第6章 AlGaN/GaN多異質結材料與電子器件
6.1 Al(Ga,In)N/InGaN/GaN材料
6.2 GaN溝道下引入AlGaN背勢壘
6.3 InGaN背勢壘結構
6.4 雙/多溝道AlGaN/GaN異質結
參考文獻
第7章 脈衝MOCVD方法生長InAlN/GaN異質結材料
7.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的優勢及其HEMT特性
7.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生長、缺陷和電學性質
7.2.1 近晶格匹配InAlN/GaN材料的生長和缺陷
7.2.2 近晶格匹配InAlN/GaN材料的電學性質
7.3 表面反應增強的脈衝MOCVD(PMOCVD)方法
7.4 PMOCVD方法生長InAlN/GaN異質結
7.4.1 外延生長壓強對InAlN/GaN的性能影響
7.4.2 In源脈衝時間對InAlN/GaN的性能影響
7.4.3 外延生長溫度對InAlN/GaN的性能影響
7.5 PMOCVD方法生長InAlN/GaN雙溝道材料
參考文獻
第8章 Ⅲ族氮化物電子材料的缺陷和物性分析
8.1 腐蝕法分析GaN位錯類型和密度
8.1.1 腐蝕坑形狀與位錯類型的對應關係
8.1.2 濕法腐蝕準確估計不同類型位錯的密度
8.1.3 腐蝕法分析GaN的其他類型缺陷——反向邊界和小角晶界
8.2 不同極性面材料的腐蝕形貌和成因
8.2.1 N面材料的腐蝕特性
8.2.2 非極性a面GaN的選擇性腐蝕
8.3 斜切襯底降低位錯密度的機理分析
8.3.1 斜切襯底上GaN的位錯類型和位錯扎堆現象
8.3.2 斜切襯底上GaN中位錯的集中湮滅
8.4 極性對雜質結合和黃帶的影響
8.4.1 與極性有關的雜質結合模型
8.4.2 雜質結合對黃帶的影響
8.5 GaN中黃帶的深受主來源
8.5.1 GaN中黃帶與C雜質的相關性分析
8.5.2 對Ga空位引起黃帶發光的否定性討論
參考文獻
第9章 GaN HEMT器件的原理和最佳化
9.1 GaN HEMT器件的工作原理
9.2 GaN HEMT器件的性能參數
9.2.1 直流性能參數
9.2.2 交流小信號跨導
9.2.3 截止頻率fT和最高振盪頻率fmax
9.2.4 功率性能參數
9.3 GaN HEMT器件性能的最佳化措施
9.4 提高器件擊穿電壓的場板結構仿真和實現
9.4.1 場板HEMT器件的仿真最佳化
9.4.2 場板HEMT器件的實現
9.4.3 浮空場板結構的提出、最佳化和實現
參考文獻
第10章 GaN HEMT器件的製備工藝和性能
10.1 表面清洗、光刻和金屬剝離
10.1.1 表面清洗
10.1.2 光刻與金屬剝離
10.2 器件隔離工藝
10.2.1 器件隔離方法
10.2.2 常見GaN乾法刻蝕方法
10.2.3 電漿刻蝕的機理和評估
10.3 肖特基金屬半導體接觸
10.3.1 肖特基結特性參數的提取方法
10.3.2 GaN和AlGaN/GaN異質結上肖特基結的特性評估
10.3.3 不同溶液預處理對肖特基結特性的影響分析
10.4 歐姆接觸
10.4.1 GaN與AlGaN/GaN的歐姆接觸的設計原則
10.4.2 歐姆接觸性能的測試方法——傳輸線模型
10.4.3 歐姆接觸性能的最佳化
10.5 半導體器件的表面鈍化
10.6 器件互連線電鍍和空氣橋
10.6.1 電鍍
10.6.2 空氣橋
10.7 GaN HEMT器件的工藝流程
10.8 GaN HEMT器件的性能與分析
10.8.1 器件的直流性能
10.8.2 器件的小信號特性
10.8.3 器件的微波功率性能
參考文獻
第11章 GaN HEMT器件的電熱退化與可靠性
11.1 GaN HEMT器件的電流崩塌
11.2 GaN HEMT器件電退化的3種機理模型
11.2.1 熱電子注入
11.2.2 柵極電子注入
11.2.3 逆壓電效應
11.3 GaN HEMT的電應力退化(一)
11.3.1 溝道熱電子注入應力
11.3.2 柵極電子注入應力
11.3.3 VDS為零的柵壓階梯式應力
11.4 GaN HEMT的電應力退化(二)
11.4.1 源漏高壓開態應力
11.4.2 柵漏高壓應力——關態和開態
11.4.3 脈衝應力
11.4.4 改善HEMT器件電應力退化效應的措施
11.5 GaN HEMT的變溫特性
11.5.1 溫度對肖特基接觸性能的影響
11.5.2 溫度對歐姆接觸性能和材料方塊電阻的影響
11.5.3 溫度對AlGaN/GaN HEMT器件特性的影響
11.6 GaN HEMT的高溫存儲特性
參考文獻
第12章 GaN增強型HEMT器件和積體電路
12.1 GaN增強型HEMT器件
12.2 氟電漿注入增強型器件的工藝與特性
12.2.1 增強型器件的結構和工藝
12.2.2 增強型器件的直流、擊穿和小信號性能
12.2.3 氟電漿注入器件的柵漏二極體分析
12.3 氟電漿注入E-HEMT的可靠性評估
12.3.1 氟電漿注入E-HEMT在電應力下的特性退化分析
12.3.2 氟電漿注入E-HEMT在高溫下的特性退化分析
12.4 氟電漿注入E-HEMT器件的結構最佳化
12.4.1 薄勢壘層常規HEMT器件
12.4.2 薄勢壘層氟電漿注入增強型器件
12.5 增強/耗盡型GaN數字積體電路
12.5.1 增強/耗盡型數字積體電路單元設計
12.5.2 數字積體電路單元的版圖設計和工藝實現
12.5.3 數字積體電路單元的測試和抗輻照特性分析
參考文獻
第13章 GaN MOS-HEMT器件
13.1 GaNMIS-HEMT器件的研究進展
13.2 高K柵介質材料的選擇和原子層澱積
13.2.1 高K柵介質材料的選擇
13.2.2 原子層澱積工藝
13.3 高K柵介質AlGaN/GaN MOS電容的基本特性和界面態密度
13.3.1 高K柵介質AlGaN/GaN MOS電容的載流子濃度分布計算
13.3.2 高K柵介質AlGaN/GaN MOS電容的C-V滯後特性
13.3.3 高K柵介質AlGaN/GaN MOS電容的變頻C-V特性
13.4 HfO2/Al2O3高K堆層柵介質AlGaN/GaN MOS-HEMT器件
13.4.1 原子層澱積HfO2/Al2O3高K堆層柵介質的設計
13.4.2 HfO2/Al2O3堆層柵介質MOS-HEMT的直流特性
13.4.3 HfO2/Al2O3堆層柵介質的鈍化特性
13.4.4 HfO2/Al2O3堆層柵介質MOS-HEMT的頻率特性
13.5 AlGaN/AlN/GaN凹柵MOS-HEMT器件
13.5.1 凹柵刻蝕深度對原子層澱積Al2O3柵介質MOS-HEMT器件性能的影響
13.5.2 電漿處理對凹柵MOS-HEMT器件性能的影響
13.5.3 高性能AlGaN/AlN/GaN凹柵MOS-HEMT器件
13.6 薄勢壘層增強型MIS-HEMT
參考文獻
第14章 氮化物半導體材料和電子器件的發展
14.1 N極性面氮化物材料與器件
14.2 超寬禁帶氮化物半導體材料和電子器件
14.3 氮化物半導體電力電子器件
14.4 氮化物太赫茲電子器件
14.5 矽基氮化物材料和器件
參考文獻
附錄 縮略語表
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