通過化簡復(fù)雜非線性的費米能級EF與二維電子氣密度ns關(guān)系,并利用化簡后函數(shù)的一階泰勒多項式建立了線性化AlGaN/GaN HEMT中EF與ns關(guān)系的解析模型。該模型可以根據(jù)二維電子氣密度ns的范圍及溫度計算EF與ns非線性關(guān)系之線性近似的參數(shù)斜率a和截距EF0。計算結(jié)果表明,所述模型的線性EF-ns計算結(jié)果對非線性精確解近似效果較好,且基于該模型計算的ns-VG曲線與實驗數(shù)據(jù)符合良好。

　　由于GaN 材料具有禁帶寬、電子飽和速度高、擊穿電場強、熱導(dǎo)率高及物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點, 且其與AlGaN 形成的AlGaN/ GaN 異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管( high electron mobility transistor,HEMT) 能提供1013 cm- 2 量級的溝道二維電子氣( two􀀁dimensional electron gas, 2DEG) 電子密度, 使得AlGaN/ GaN HEMT 非常適合于高溫、高頻及大功率應(yīng)用并成為人們研究的熱點。在AlGaN/ GaNHEMT 中, 線性電荷控制模型由于具有精度高、簡單及物理含義清晰等優(yōu)點而在器件電流􀀁電壓特性建模中廣泛應(yīng)用 。線性電荷控制模型的基礎(chǔ)來源于Drummond 等與Lee 等[ 9- 10] 提出的費米能級EF與2DEG 電子面密度ns 關(guān)系的線性近似。在他們的線性近似方案中, 線性近似的斜率與截距是在給定的2DEG 密度范圍與溫度條件下通過數(shù)值擬合得到的。顯然, 當(dāng)溫度與范圍發(fā)生改變時, 為確保精度, 這兩個參數(shù)就需要根據(jù)新的條件重新擬合得到。而在AlGaN/ GaN HEMT 中, 一方面, ns 的范圍隨著AlGaN 中Al 組分的不同而有較大變化; 另一方面,工作溫度依賴于器件的尺寸與功率。這就導(dǎo)致了此線性近似方案在AlGaN/ GaN HEMT 中應(yīng)用不便。最近, Rashmi 等[ 11] 提出了一種簡單的解析型線性近似模型, 其采用常量的斜率并忽略截距。不過, 這種解析近似過于簡單, 限制了其精度。

　　因此, 本文的主要目的就是建立可根據(jù)溫度ns 范圍變化而動態(tài)計算線性近似斜率與截距參數(shù)的解析模型, 從而增強費米能級與2DEG 密度關(guān)系線性近似在AlGaN/ GaN HEMT 特性建模中應(yīng)用的方便性與靈活性。

3、結(jié)論

　　提出了適用于AlGaN/ GaN HEMT 的線性化費米能級與2DEG 密度關(guān)系的解析模型。費米能級與2DEG 密度關(guān)系的線性近似參數(shù)斜率和截距可根據(jù)給定的溫度與2DEG 密度范圍進(jìn)行動態(tài)計算, 從而提高了線性近似的精度與應(yīng)用的靈活性。基于所提出模型計算的EF􀀁ns 結(jié)果與非線性解較接近, 且計算的ns􀀁VG 曲線與實測數(shù)據(jù)符合良好, 證實了所提出模型的合理有效性。