AlGaN/4H-SiC異質(zhì)結(jié)界面存在大的自發(fā)和壓電極化效應(yīng)，從而使界面出現(xiàn)較多數(shù)量的極化電荷，這導(dǎo)致器件電學(xué)性能的改變。利用熱場(chǎng)發(fā)射-擴(kuò)散模型，基于數(shù)值模擬方法研究了異質(zhì)結(jié)界面極化效應(yīng)產(chǎn)生的極化電荷對(duì)AlGaN/4H-SiC HBT器件直流性能和高頻性能的影響。得到了AlGaN/4H-SiC異質(zhì)結(jié)界面極化效應(yīng)引誘的正極性極化界面電荷削弱了異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)，加速了載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因而能促進(jìn)載流子的輸運(yùn)，從而使器件的直流特性和高頻特性得到改善。

　　由于具有禁帶寬、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、飽和電子漂移速率高、化學(xué)性能穩(wěn)定、抗輻射和強(qiáng)的極化效應(yīng)等特性，以GaN和SiC為代表的第三代寬禁帶半導(dǎo)體微波器件在高溫、高頻、高功率領(lǐng)域中被廣泛看好，在航空航天、核能開發(fā)、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。不同于高電子遷移率晶體管(HEMT)，異質(zhì)結(jié)雙極型晶體管(HBT)作為一種縱向結(jié)構(gòu)的微波器件，具有更高的載流子調(diào)制和處理能力、較低的導(dǎo)通電阻、更好的線性度、更大的電流密度、低的相位噪聲和更好的閾值電壓穩(wěn)定性，因此以寬禁帶半導(dǎo)體材料為代表的AlGaN/GaN HBT和AlGaN/SiC HBT也越來(lái)越受到關(guān)注。但對(duì)于GaN基HBT，由于基區(qū)GaN常采用的p型摻雜劑為Mg，而Mg是深能級(jí)受主，在室溫下不完全電離，因而為了保證一定的載流子空穴濃度需要求很高的摻雜濃度，而對(duì)于GaN的p型高摻雜工藝難度很大，因此目前實(shí)驗(yàn)制備得到的AlGaN/GaNHBT性能并不理想。相比之下，人們?cè)絹?lái)越看好AlGaN/SiC HBT，這是因?yàn)椋篠iC是一種導(dǎo)熱系數(shù)比一般金屬還好的寬禁帶半導(dǎo)體材料，因此SiC非常適合用作于高溫大功率HBT器件的集電區(qū)和襯底;SiC是間接帶隙的半導(dǎo)體，具有比直接帶隙GaN半導(dǎo)體材料有更長(zhǎng)的少數(shù)流子壽命，因此可以得到更好的增益;SiC的p型摻雜濃度可很高，是HBT基區(qū)重?fù)诫s和良好的歐姆接觸所需要的。而且需提及的是SiC無(wú)論是作為半絕緣襯底還是外延層，國(guó)外目前都已走向商業(yè)化。

　　然而對(duì)AlGaN/SiCHBT器件的界面特性和載流子輸運(yùn)機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠充分，特別是器件的制作工藝還處于前期探索，因此對(duì)AlGaN/SiCHBT器件的研究還處于初級(jí)階段。研究表明，AlGaN/SiC異質(zhì)結(jié)界面存在很強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化效應(yīng)，在界面處將存在足夠數(shù)量的極化電荷，有實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，當(dāng)極化效應(yīng)產(chǎn)生的極化電荷表現(xiàn)為正電荷空穴氣能促進(jìn)寬禁帶HBT基區(qū)側(cè)邊電流的傳輸，同時(shí)可被用來(lái)改善基區(qū)臺(tái)面歐姆接觸電阻。

　　本文基于突變HBT的熱場(chǎng)發(fā)射-擴(kuò)散模型，對(duì)異質(zhì)結(jié)界面極化效應(yīng)對(duì)AlGaN/4H-SiC HBT器件的直流和高頻性能的影響做了仿真分析，以為器件的工藝制造提供理論參考。

1、物理模型

　　對(duì)于突變AlGaN/4H-SiC HBT的計(jì)算，采用熱場(chǎng)發(fā)射-擴(kuò)散(Thermionic-Field-Diffusion)模型，即在體區(qū)域內(nèi)求解漂移-擴(kuò)散模型所構(gòu)成的基本方程，而在突變界面處考慮熱場(chǎng)發(fā)射的邊界條件。

　　在體區(qū)域內(nèi)漂移-擴(kuò)散模型所構(gòu)成的基本方程為Possion方程和電子及空穴連續(xù)性方程：

3、結(jié)束語(yǔ)

　　寬禁帶半導(dǎo)體AlGaN/SiC異質(zhì)結(jié)材料系有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，相應(yīng)的HBT器件擁有在高溫、高壓和抗輻射等極端環(huán)境下高頻大功率工作的優(yōu)越性，但由于Al-GaN/SiC異質(zhì)結(jié)界面能帶結(jié)構(gòu)特性還處在研究之中，相應(yīng)的HBT工藝制備的困難，目前對(duì)AlGaN/SiC HBT研究還處于初級(jí)階段，實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不夠完善，論文理論上研究了極化效應(yīng)對(duì)AlGaN/4H-SiC HBT器件的影響，得到的結(jié)論為器件的工藝制備提供理論參考。