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AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)在射频通信、雷达、电力系统等领域具有广阔的应用前景,受到了业界的高度关注。近年来,AlGaN/GaN的研究和发展日新月异,但目前仍然存在不少问题。常规的HEMT器件由于采用肖特基栅结构,不可避免的具有栅泄漏电流较大、击穿电压较低等缺点,器件性能受到限制。AlGaN/GaNMOSHEMT兼具。MOS结构和HEMT器件两者的优点,避免了以上的不足,日益受到研究者的关注。 TiO2和Al2O3是两种各具突出优点的介质材料。本文开发了一种适用于制备AlGaN/GaN MOSHEMT器件栅氧化层的电子束蒸发Al/Ti热氧化工艺。该方法具有工艺简单、成本较低的优点,并能良好地兼容于传统的AlGaN/GaN HEMT制造工艺。同时本文对所制造的TiO2/Al2O3热氧化层MOSHEMT器件开展了相关的特性表征研究工作,并采用Sentaurus Device仿真工具对AlGaN/GaN MOSHEMT进行了建模和数值模拟,从理论仿真分析层面探讨了栅介质层对MOSHEMT器件性能所带来的影响。 本文首先从工艺流片实验出发,研究了基于热氧化电子束蒸发Al/Ti金属膜制备氧化层的工艺技术,所制造的TiO2/Al2O3介质可用于MOSHEMT栅介质层。在实验中通过对比不同Al层淀积厚度的样品性能确定出优化的氧化层结构参数和工艺条件。通过MOS结构漏电测试和C-V测试结果表明电子束蒸发Al/Ti(厚度为4/20nm)经500℃、纯氧气氛下热氧化30分钟所制备的TiO2/Al2O3介质层质量良好。制备的MOS结构反向泄漏电流～10-6A/cm2,相比同批制备的常规肖特基栅接触的反向泄漏电流下降达5个数量级,同时正向偏压泄漏电流也远低于肖特基接触栅电流。此外,通过C-V测试曲线提取了Al/Ti热氧化介质层AlGaN/GaN MOS结构和肖特基接触的各层厚度、开启/截止阈值电压以及零偏压下的二维电子气面密度,并计算得到了TiO2的相对介电常数为109。 其次,本文采用所开发的热氧化电子束蒸发Al/Ti的栅介质层工艺制备出了TiO2/Al2O3/AlGaN/GaN MOSHEMT器件,并与同等条件下制备的常规肖特基栅HEMT器件进行了对比。结果表明,TiO2/Al2O3/AlGaN/GaN MOSHEMT具有很低的栅泄漏电流,比常规HEMT器件栅泄漏电流下降4个数量级,线性工作电压范围增大,漏端饱和输出电流增加(提高22％),并且获得了490V的截止态漏击穿电压,比常规HEMT器件击穿电压(Vbr=88V)增大了4.57倍。 在工艺实验的基础上,本文采用Sentaurus Devices工具开展了AlGaN/GaN HEMT和以Al2O3作为介质层的MOSHEMT器件的建模和数值模拟工作。对器件工作在饱和状态下的沟道区域横向电场模拟结果表明,(1)MOSHEMT器件栅极下方漏端一侧沟道高场区域的最高场强相比HEMT器件大幅下降,初步解释了MOSHEMT器件相比HEMT器件击穿电压大幅提高的现象;(2)MOSHEMT介质层覆盖的范围延伸出栅极金属时,沟道峰值电场会出现显著下降;(3)分析了常用介质层对器件电场分布的影响,发现分析的几种介质材料对沟道峰值电场影响不明显。