新型氮化铟基太赫兹耿氏二极管的研究.pdf

代号 10701 学号 1017122067
分类号 TN4 密级公开
题( 中、英文) 目新型氮化铟基太赫兹耿氏二极管研究
The New Indium Nitride-BasedTerahertzGunnDiode
Research
作者姓名龙双指导教师姓名、职务杨林安教授
学科门类工学学科、专业微电子学与固体电子学
提交论文日期二○一三年一月
西安电子科技大学硕士学位论文
新型氮化铟基太赫兹耿氏二极管研究
作者:龙双
导师:杨林安教授
学科:微电子学与固体电子学
中国·西安
2013 年 1 月
The New Indium Nitride-Based TerahertzGunn
Diode Research
A Dissertation Submitted to Xidian University
in Candidacy for the Degree of Master in Microelectronics
and Solid-State Electronics
By
Long Shuang
Xi’an, P. R. China
January 2013
西安电子科技大学
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本人签名: 日期:
导师签名: 日期:
摘要
摘要
太赫兹技术广阔的应用前景激发了世界各国科研人员对太赫兹波振荡辐射源
和探测器的开发研究。耿氏二极管被认为是极具太赫兹应用潜力的电子学器件。
基于砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等材料的耿氏二极管的频率和功率都已经达
到极致。氮化铟(InN)和氮化镓(GaN)等Ⅲ-Ⅴ族氮化物新材料的电子漂移速度
电场特性显示有极佳的负微分迁移率,非常适宜制作高频高功率的耿氏二极管。
目前,对 InN 和 GaN 材料的基本特性的认识尚不完全。 InN 的禁带宽度从传
统的 2eV 修正为约 ,相应的材料参数也有改变。我们使用较新的能带和材料
参数,采用三能谷的蒙特卡罗方法仿真了 InN、GaN 以及 In xGa1-xN 材料系统的电
子输运特性,讨论分析了 InN 负微分迁移率形成的原因是电子能谷迁移和中心能
谷非抛物性共同作用的结果。基于文献发表的蒙特卡罗方法仿真的速场数据,我
们建立了 InN 的解析低场和高场迁移率模型。
我们进行了 InN 和 GaN 两种材料的 Notch 掺杂和均匀掺杂渡越区结构的耿氏
二极管的比较研究。InN 和 GaN 材料的耿氏二极管的器件级仿真结果显示,渡越
区长为 ~1μm 的耿氏二极管振荡的基波频率在 ~。InN 材料绝对值较
大的负微分迁移率使 InN 适合制作更短渡越区的耿氏二极管。
最后,选择渡越区长为 1μm 的器件,在 RLC 并联谐振回路中比较研究了 InN
和 GaN 材料的耿氏二极管的振荡特性表现。在 50Ω负载电阻下,InN 耿氏二极管
的最佳面积在 150~200μm 2,而 GaN 耿氏二极管的最佳面积在 500μm2 左右。GaN
耿氏二极管的振荡特性随着器件面积和外加偏置电压的变化表现稳定,而 InN 耿
氏二极管的直流功率到交流功率的转换效率更高。InN 耿氏二极管的 Notch 掺杂层
也起到使振荡更为稳定的作用。渡越区长为 1μm 的 InN 和 GaN 材料的耿氏二极管
振荡频率在 200GHz 左右,输出的基波频率的功率密度在 6mW/μm2 的量级。均匀
掺杂结