《增強型ZnO/ZnMgO異質結高遷移率場效應電晶體研究》是依託西安交通大學，由張景文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：增強型ZnO/ZnMgO異質結高遷移率場效應電晶體研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張景文
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本課題將探索一種基於ZnO/ZnMgO異質結二維電子氣特性（2DEG），可用於高溫、大功率、抗輻照微波功率器件的增強型高電子遷移率場效應電晶體（HEMT）。研究在ZnO同質、半絕緣SiC單晶基底和外延極化GaN襯底上採用離子輔助雷射分子束外延（RS-LMBE）生長高質量的極性可控的ZnO/ZnMgO異質結；研究其微結構、2DEG特性；最佳化不同緩衝層生長工藝；研究極化效應對其結構和電學性能的影響。實現ZnO單晶薄膜XRD半峰寬優於25弧秒，電子遷移率＞300cm2/V.s ,方塊電阻<300Ω/□。室溫異質結2DEG密度大於10e13/cm2，遷移率>750cm2/V.s。採用的NH3等離子處理及快速退火的方法實現增強型ZnO基HEMT。研製出一種基於ZnO基異質結的增強型HEMT，跨導優於75mS/cm2。發表論文7篇，申報發明專利3項，為其進一步套用研究奠定基礎。
結題摘要
主要研究了ZnO薄膜的RS-LMBE外延生長工藝、氧和鋅極性面的微觀機制和調控機理，實現了ZnO基異質結的極化調控；利用薛丁格方程、泊松方程、電荷平衡方程通過自洽計算，考慮了電子對多個子帶的占據，並在費米-狄拉克統計引入表面態，研究了Zn極性ZnMgO/ZnO異質結的導帶結構和電學性質，指出表面態更可能具有單一的能級，ZnMgO/ZnO 異質結中的2DEG 來源於ZnMgO (0001) 表面的施主類表面態；對於電子都限制在2DEG 溝道內的異質結，其輸運特徵可以用單純的2DEG輸運模型來解釋；ZnMgO/ZnO異質結存在兩個平行導電路徑，一個導電路徑為異質結界面處的2DEG 溝道，另一個導電路徑為ZnO有源層；具有平行導電路徑的異質結，對其電子輸運特徵應考慮兩個導電路徑的共同貢獻。研究了ZnMgO/ZnO 異質結Bloch-Grüneisen (BG) 區域的電子遷移率對溫度的依賴關係，同時研究了多體效應對電子遷移率的影響。理論研究表明在溫度足夠低時，電子輸運進入BG 區域，聲學聲子限制的遷移率（μ）與溫度（T）之間的依賴關係為μ∼T−a（對於形變勢散射α=8.5，壓電散射α=6.5），這一函式關係比傳統的μ ∼ T−1更強。多體效應明顯降低了電子遷移率，尤其對於低濃度的2DEG。結果顯示在中低溫度，帶電雜質散射是最重要的外部散射機制，而200 K 以上的遷移率主要受到極性光學聲子的限制；在勢壘層厚度為20 nm的結構中獲得高達1.1 × 1013 cm−2的載流子濃度。通過霍爾測試知道，從Zn0.95Mg0.05O/MgO/ZnO結構的異質結中，獲得在10K和常溫下的遷移率分別為3090 cm2/Vs和 332 cm2/Vs。該結果也高於傳統的ZnMgO/ZnO異質結二維電子氣的遷移率。肖特基接觸的柵電極要比MOS結構的柵電極有更好的柵控特性，相應的電晶體也有更好的輸出特性。發表被SCI引用的文章11篇，申報發明專利3項；培養博士2名，碩士5名；兩名博士生和兩名碩士生分別被派往日本進行合作研究；組織國際學術研討會兩次。
