第三代半导体GaN材料现状探析.pdf

【正文】 《第三代半导体GaN材料现状探析》一文主要探讨了以GaN为代表的第三代半导体材料及其在微波高功率器件领域的应用。GaN材料因其独特的物理特性，如高电子迁移率、高禁带宽度、高电子饱和速度、耐高温和抗辐射能力，成为当前科研和工业界关注的焦点。 半导体材料按照导电性能可分为导体、半导体和绝缘体，GaN作为第三代半导体的一种，其电阻率受到自身纯度、温度和辐射等因素的影响。与第一代的Si和Ge，以及第二代的GaAs等材料相比，GaN具有更优越的性能。它主要存在三种结构：纤锌矿结构、闪锌矿结构和盐矿结构，其中纤锌矿结构和闪锌矿结构在常温常压下最为常见，它们的原子层堆积顺序差异影响着材料的热力学稳定性。 GaN材料的发展离不开MOCVD（金属有机化学气相沉积）等薄膜异质外延生长技术的进步。1992年，AlGaN/GaN异质结的制备为高电子迁移率器件（HEMT）的研发奠定了基础。此后，科研人员通过不断的技术创新，如FP技术的引入、准栅场板结构的设计、双场板结构的优化，以及场板绝缘栅的创新，极大地提升了GaN HEMT的性能。这些改进包括减少栅泄漏电流、优化电场分布、增加击穿电压和功率密度等，从而实现了在微波高功率器件领域的广泛应用。 例如，2003年，Y. Ando等人通过FP技术改善了器件的栅漏间击穿电压，提升至160V；2004年，Y. F. Wu等人设计的准栅场板结构使功率密度达到30.6W/mm；2005年，T. Palacios等人则在160nm栅长的器件中实现10.5W/mm的功率密度；2006年，Y. F. Wu再次通过双场板结构提高功率密度至41.4W/mm；2007年，V.Adivarahan等人利用场板绝缘栅设计的MOSDHFET在2GHz下实现了15W/mm的功率密度。这些成果体现了GaN材料在无线通信、军用雷达等领域的巨大潜力。 GaN材料的科学研究与技术开发正持续推动半导体技术的革新，不断拓展其在微波高功率器件、光电子器件以及高温、高频和大功率应用中的应用边界。随着技术的进一步成熟，GaN材料有望在未来扮演更加重要的角色，为电子工业带来革命性的变化。