氮化镓器件性能分析及集成电路设计要点
氮化镓光功能器件
氮化镓光功能器件引言氮化镓（GaN）是一种宽禁带半导体材料，具有优异的光电性能和热性能。
由于其特殊的物理和化学性质，氮化镓在光电子器件中得到了广泛应用。
本文将介绍一些基于氮化镓的光功能器件及其应用。
一、氮化镓发光二极管（LED）氮化镓发光二极管（LED）是氮化镓光功能器件中最为重要的一类。
氮化镓LED具有高亮度、高效率、长寿命等优点，被广泛用于照明、显示和通信等领域。
其工作原理是利用氮化镓材料的直接能隙特性，在外加电压作用下，电子与空穴复合释放能量，产生光辐射。
二、氮化镓激光二极管（LD）氮化镓激光二极管（LD）是一种通过受激辐射产生高纯度、高亮度的激光光源。
与其他激光器相比，氮化镓激光二极管具有体积小、功率密度高和发射波长范围宽等特点。
它在光纤通信、光磁存储和医疗器械等领域有着广泛的应用。
三、氮化镓光电二极管（PD）氮化镓光电二极管（PD）是一种将光信号转换为电信号的器件。
它具有高速响应、高灵敏度、低噪声等特点，被广泛应用于光通信、光电探测和光谱分析等领域。
氮化镓光电二极管的工作原理是当光子入射到器件中时，产生电子空穴对，形成电流输出。
四、氮化镓太阳能电池（GaN-Solar Cell）氮化镓太阳能电池（GaN-Solar Cell）是一种新型的高效能量转换器件。
相比于传统硅太阳能电池，氮化镓太阳能电池具有更高的光电转换效率和更好的热稳定性。
由于氮化镓材料的宽禁带和高饱和电子迁移率特性，使得氮化镓太阳能电池在低光强环境下仍然能够保持较高的发电效率。
五、氮化镓光探测器（PD）氮化镓光探测器（PD）是一种用于检测光信号的器件。
由于氮化镓材料具有较高的饱和电子迁移率和较低的噪声特性，使得氮化镓光探测器具有高速响应和低噪声的优点。
氮化镓光探测器在光通信、光纤传感和图像识别等领域有着广泛的应用。
六、氮化镓光放大器（SOA）氮化镓光放大器（SOA）是一种用于光信号放大的器件。
氮化镓材料的高饱和电子迁移率和较低的损耗特性，使得氮化镓光放大器具有高增益、宽带宽和低噪声的优势。
氮化镓功率 pdf
氮化镓功率）作为种宽禁带半导材料具高电子迁移率、高击穿电压、高热导氮化镓（GaN一体，有率等优良性使其功率电子领域具广泛应用前景。
氮化镓功率器件主要包括氮化镓特，在有的功率二极管、氮化镓晶管、氮化镓功率模块等。
本文将氮化镓功率器件性能、应用体对的以及发展趋势进行详细解析。
、氮化镓功率器件性能点一的特高效率：氮化镓功率器件具很高电子迁移率使得器件工作时具较低导1. 有的，在有的通电阻从而提高了器件效率。
，的高功率密：氮化镓功率器件具较高击穿电压和较电流容量使得器件可2. 度有的大的，以较小积下承受较高功率。
在的体的高热导率：氮化镓功率器件具较高热导率利于热量传导和散发提高了器件3. 有，有的，热稳性。
的定宽带隙：氮化镓功率器件宽带隙性使其高温、高电场等恶劣环境下具较4. 的特，在有好的定稳性。
二、氮化镓功率器件应用领域的电源模块：氮化镓功率模块电源领域应用已经逐渐成熟其主要优势于提高了1. 在的，在体电源转换效率、减小了电源积、降低了热量损失等。
电力电子设备：氮化镓功率器件电力电子设备中应用主要包括变频器、逆变器、2. 在的整流器等。
氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高电力电子设备性的度特，有的能。
电动汽车：氮化镓功率器件电动汽车领域应用前景广阔主要包括电机驱动器、3. 在的，车载充电器、电池管理系统等。
氮化镓功率器件高效率、高功率密等性助于提高的度特，有电动汽车续航程、降低能耗等。
的里能源并网：氮化镓功率器件能源并网领域应用主要包括光伏逆变器、风能变4. 新在新的的度特，有新的流器等。
氮化镓功率器件高效率、高功率密等性利于提高能源并网电能转换效率、减小设备积等。
体三、氮化镓功率器件发展趋势的技术：随着科研技术不断进步氮化镓功率器件技术也不断。
例如1. 创新的，的在创新，过改进材料生技术、优化器件构设计等进步提高氮化镓功率器件性能。
通长结，一的成本降低：随着氮化镓功率器件生产模扩和技术成熟其成本也逐渐降2. 规的大的，在有在更的低。
氮化镓 芯片
氮化镓芯片氮化镓芯片是一种新型的半导体材料，具有高电子迁移率、较宽的能隙等优势，因而在电子设备领域具有广泛的应用前景。
本文将从氮化镓芯片的原理、特性以及应用三个方面进行介绍，希望能对读者增加对氮化镓芯片的了解。
一、氮化镓芯片的原理氮化镓是由镓和氮两种元素组成的化合物半导体材料，其晶体具有非常高的晶格匹配度和结晶度。
这使得氮化镓芯片具有较高的电子迁移率和着色中心密度，从而实现了高速、高功率和高频率的性能。
此外，氮化镓芯片还具有较宽的能隙（3.4eV），使其在紫外光、蓝光和绿光领域有着重要的应用。
二、氮化镓芯片的特性1. 高电子迁移率：氮化镓芯片具有比传统硅芯片更高的电子迁移率，能够实现更高的集成度和更高的频率响应，从而提高芯片的性能。
2. 宽能隙：氮化镓芯片的能隙较宽，使其在紫外光和蓝光领域具有广泛的应用，如LED照明、激光器以及高速通信等。
3. 高功率密度：由于氮化镓材料具有较高的能隙和较高的饱和电子漂移速度，因此能够实现更高的功率密度，使其在功率放大器等领域中有着重要的应用。
4. 耐高温性能：氮化镓芯片具有较好的耐高温性能，能够在高温环境下稳定运行，适用于一些特殊的工作环境。
三、氮化镓芯片的应用1. LED照明：由于氮化镓芯片具有宽能隙和高饱和电流密度，因此在LED照明领域有着广泛的应用。
氮化镓芯片能够发出蓝光，并通过荧光粉转换成其他颜色的光，如红光和绿光，实现全彩LED照明。
2. 激光器：氮化镓芯片在激光器领域也有重要的应用。
由于其能隙宽，可以实现蓝光和紫外光的激光发射，被广泛应用于以太网通信、显示器、激光打印机等领域。
3. 无线通信：氮化镓芯片具有高频率响应和高功率密度的特点，因此在无线通信领域有着广泛应用。
氮化镓芯片可以实现高功率放大以及高频率的信号处理，提高通信设备的性能。
4. 太阳能电池：由于氮化镓具有较宽的能隙，能够吸收来自太阳的可见光和紫外光，因此在太阳能电池领域也有应用前景。
通过将氮化镓芯片作为光伏材料，能够实现高效率的太阳能电池。
氮化镓器件原理
氮化镓器件原理氮化镓（GaN）器件，作为近年来半导体领域的明星产品，以其卓越的性能和广泛的应用前景受到了业界的广泛关注。
本文将从氮化镓的材料特性、器件结构、工作原理以及应用领域等方面进行深入探讨，旨在为读者提供全面、专业的氮化镓器件知识。
一、氮化镓的材料特性氮化镓是一种直接带隙的宽禁带半导体材料，其化学式为GaN。
与传统的硅材料相比，氮化镓具有更高的电子饱和迁移率、更高的击穿电场和更高的热导率等优异性能。
这些特性使得氮化镓器件在高温、高频、高功率等极端条件下仍能保持良好的性能。
二、氮化镓器件的结构与工作原理氮化镓器件的结构多样，但最常见的是基于AlGaN/GaN异质结的横向器件，如肖特基二极管（SBD）和高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）。
这些器件的工作原理主要依赖于AlGaN/GaN异质结处产生的二维电子气（2-DEG）。
在AlGaN和GaN的结面处，由于两者的禁带宽度不同，导致能带发生突变，进而产生极化效应。
这种极化效应在界面处形成准三角型势阱，大量电子被限制在该势阱内。
这些电子在垂直于异质结界面的方向上是量子化的，而在平行于异质结界面的方向上可以自由运动，从而形成了二维电子气。
二维电子气具有极高的浓度和电子迁移率，是制作GaN基横向器件的理想选择。
当给氮化镓器件施加适当的电压时，二维电子气中的电子会在电场作用下进行定向移动，从而形成电流。
通过控制电压的大小和方向，可以实现对电流的精确调控。
这种基于二维电子气的电流调控机制是氮化镓器件工作的核心原理。
三、氮化镓器件的应用领域凭借优异的性能和独特的工作原理，氮化镓器件在多个领域展现出了广阔的应用前景。
以下是几个主要的应用领域：1. 电力电子领域：氮化镓器件具有高击穿电场和低导通电阻的特性，使其成为电力电子领域中的理想选择。
例如，在高压直流输电（HVDC）系统中，氮化镓器件可以显著提高系统的效率和可靠性。
此外，在电动汽车充电站、风力发电和太阳能发电等领域，氮化镓器件也发挥着重要作用。
氮化镓功率器件技术路线
氮化镓功率器件技术路线一、引言随着能源转换和电力电子技术的快速发展，高效、环保的功率器件在各种应用领域中发挥着越来越重要的作用。
氮化镓（GaN）作为一种具有优异物理特性的材料，在功率器件领域具有广泛的应用前景。
本文将详细探讨氮化镓功率器件的技术路线，包括材料特性、设计制造、应用领域以及市场前景等方面。
二、氮化镓材料特性氮化镓是一种宽禁带半导体材料，具有高电子饱和迁移率、高击穿电场和高电子饱和迁移率等优异特性。
与传统的硅功率器件相比，氮化镓功率器件具有高效率、高功率密度、高可靠性等优势。
此外，氮化镓材料还具有化学稳定性好、耐高温、抗辐射等特点，使得氮化镓功率器件在高温、高辐射等恶劣环境下仍能保持优良的性能。
三、氮化镓功率器件的设计与制造氮化镓功率器件的设计与制造是一个复杂的过程，涉及材料生长、器件结构设计、制造工艺等多个环节。
在材料生长方面，目前常用的方法是金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延（MBE）等。
在器件结构设计方面，氮化镓功率器件通常采用横向结构或纵向结构，其中横向结构更易于实现高功率密度和高效率。
在制造工艺方面，氮化镓功率器件需要采用先进的微纳加工技术，如光刻、刻蚀、薄膜沉积等，以确保器件的精度和可靠性。
四、氮化镓功率器件的应用领域氮化镓功率器件具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1.新能源汽车：氮化镓功率器件的高效率和高功率密度使其成为新能源汽车电机驱动系统的理想选择，可提高电池续航里程并降低能源消耗。
2.光伏逆变器：氮化镓功率器件的高效率和高可靠性使得光伏逆变器在转换电能时具有更高的效率和更好的稳定性。
3.数据中心和云计算：氮化镓功率器件的高效率和高功率密度可降低数据中心的能源消耗和运营成本，提高数据中心的能效比。
4.电力系统和电网：氮化镓功率器件的高效率和高可靠性可提高电力系统和电网的稳定性和可靠性，降低运营成本。
5.航空航天和军事领域：氮化镓功率器件的高耐温、抗辐射等特性使其在航空航天和军事领域具有广泛的应用前景。
氮化镓集成电路
氮化镓集成电路一、引言氮化镓（GaN）是一种新型的半导体材料，具有高电子迁移率、高耐压和高频特性等优点，因此在微波、射频和功率电子等领域有着广泛的应用前景。
随着GaN技术的不断发展，GaN集成电路也成为了研究热点之一。
本文将从GaN集成电路的基础知识、制备工艺、应用领域等方面进行详细介绍。
二、GaN集成电路基础知识1. GaN半导体材料GaN是一种III-V族半导体材料，其晶体结构为六方最密堆积结构（Wurtzite结构）。
与传统的硅（Si）和砷化镓（GaAs）相比，GaN 具有更高的电子迁移率和更大的能带宽度，可以实现更高的开关速度和功率密度。
2. GaN集成电路概述GaN集成电路是指将多个器件集成在同一个芯片上，以实现多功能或高性能应用。
与传统的硅基集成电路相比，GaN集成电路具有更高的工作频率、更低的开关损耗和更小的尺寸，可以在微波、射频和功率电子等领域发挥重要作用。
3. GaN集成电路分类根据应用领域和器件类型的不同，GaN集成电路可以分为微波/射频集成电路、功率电子集成电路和混合集成电路等。
三、GaN集成电路制备工艺1. GaN材料生长GaN材料的生长方法包括金属有机化学气相沉积（MOCVD）、分子束外延（MBE）和气相输运（HVPE）等。
其中，MOCVD是最常用的生长方法，可以在大面积衬底上实现高质量的GaN薄膜生长。
2. GaN器件制备GaN器件制备过程包括材料清洗、光刻、干法刻蚀、金属沉积、退火和测试等步骤。
其中，光刻技术是关键步骤之一，可以实现高精度的图形转移。
干法刻蚀技术是常用的器件加工方法，可以实现高速、高精度的刻蚀过程。
3. GaN集成电路制备GaN集成电路制备过程包括芯片设计、器件加工和封装测试等步骤。
芯片设计是关键步骤之一，需要根据应用需求和器件特性进行优化。
器件加工和封装测试过程需要保证高精度和高可靠性。
四、GaN集成电路应用领域1. 微波/射频领域GaN集成电路在微波/射频领域有着广泛的应用，如卫星通信、雷达、无线电视、毫米波通信等。
氮化镓功率器件参数
氮化镓功率器件参数（原创版）目录1.氮化镓功率器件概述2.氮化镓功率器件的参数2.1 击穿电压2.2 导通电阻2.3 迁移率2.4 禁带宽度2.5 载流子浓度2.6 饱和速度2.7 扩散速度2.8 介电常数2.9 热导率正文氮化镓（GaN）是一种宽禁带半导体材料，具有出色的电气性能，被广泛应用于高功率、高频率、高温度等环境中的电子器件。
氮化镓功率器件就是利用氮化镓材料制作的一类具有高功率承载能力的半导体器件。
在工程应用中，了解氮化镓功率器件的参数特性对于优化电路设计和提高系统性能至关重要。
下面将对氮化镓功率器件的主要参数进行详细阐述：1.击穿电压：氮化镓功率器件的击穿电压较高，这意味着在高电压环境下，氮化镓器件具有更好的安全性能。
2.导通电阻：氮化镓功率器件的导通电阻较低，这意味着在导通状态下，氮化镓器件具有较小的损耗，可以提高系统的工作效率。
3.迁移率：氮化镓的迁移率较高，这意味着电子在氮化镓中的移动速度较快，可以提高器件的工作速度。
4.禁带宽度：氮化镓的禁带宽度较大，这意味着氮化镓器件具有较高的击穿电压和较低的泄漏电流，有利于提高器件的可靠性。
5.载流子浓度：氮化镓的载流子浓度较高，这意味着在相同的电流下，氮化镓器件具有较小的导通电阻，有利于提高系统的工作效率。
6.饱和速度：氮化镓的饱和速度较高，这意味着在较高的电流密度下，氮化镓器件仍具有良好的导电性能。
7.扩散速度：氮化镓的扩散速度较高，这意味着在相同的电场下，氮化镓器件具有较高的电子迁移率，有利于提高器件的工作速度。
8.介电常数：氮化镓的介电常数较低，这意味着在相同的电场下，氮化镓器件具有较小的电容，有利于减小信号延迟和损耗。
9.热导率：氮化镓的热导率较高，这意味着在高功率工作环境下，氮化镓器件具有较好的热传导性能，有利于提高系统的可靠性和稳定性。
总之，氮化镓功率器件具有优异的电气性能，包括较高的击穿电压、较低的导通电阻、较高的迁移率、较大的禁带宽度、较高的载流子浓度、较高的饱和速度、较高的扩散速度、较低的介电常数和较高的热导率等。
氮化镓微波功率 器件
氮化镓微波功率器件
氮化镓微波功率器件是一种利用氮化镓半导体材料制造的微波功率放大器或开关等器件。
这些器件在高频率范围内（通常在数GHz 到几十GHz之间）工作，并能够提供高功率输出。
以下是氮化镓微波功率器件的一些详细信息：
材料特性：氮化镓半导体具有优异的电子传输特性，包括高电子迁移率和高饱和漂移速度。
这些特性使得氮化镓在高频率和高功率应用中表现出色。
器件类型：氮化镓微波功率器件包括功率放大器、开关、混频器等。
其中功率放大器是最常见的应用，用于增强微波信号的功率。
而开关则用于控制微波信号的传输路径。
工作频率范围：氮化镓微波功率器件通常在数GHz到几十GHz 的频率范围内工作，适用于各种高频通信和雷达应用。
功率密度：由于氮化镓具有优异的热传导性能和耐高温性，因此氮化镓微波功率器件能够提供较高的功率密度，同时保持较低的工作温度。
功耗和效率：与传统的硅基微波功率器件相比，氮化镓微波功率器件通常具有更低的功耗和更高的效率，这使得它们在一些需要高性能和低能耗的应用中更具优势。
总的来说，氮化镓微波功率器件具有优异的性能特性，广泛应用于通信、雷达、卫星通信和军事等领域，为高频微波系统的性能提升提供了强大支持。
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河北工业大学毕业设计说明书作者：学号：学院：系(专业)：电子科学与技术题目：GaN器件性能分析及集成电路设计指导者：教授评阅者：副教授2012年6月2日目次1绪论 (1)1.1课题研究的背景与意义 (1)1.2 GaN器件的研究现状及存在问题 (2)2 GaN材料特性及MOSFET器件概述 (3)2.1 GaN材料特性 (4)2.2 GaN MOSFET器件概述 (5)3 仿真工具MATLAB和Pspice (6)3.1 仿真工具MATLAB简介 (6)3.2仿真工具Pspice简介 (7)3.2 MATLAB和Pspice的联合使用 (8)4 GaN MOSFET器件模拟 (8)4.1 GaN MOSFET器件结构及基本特性模拟 (8)4.2 GaN MOSFET器件直流特性模拟 (14)4.3 GaN MOSFET器件温度特性模拟 (16)5 GaN MOSFET器件在集成电路中的应用 (18)5.1 GaN MOSFET器件在反馈放大电路中的应用 (18)结论 (20)参考文献 (21)致谢 (23)1 绪论1.1课题的研究背景与意义1.1.1 课题的研究背景传统的半导体器件多以Si、GaAs等材料为基础制成，由于材料本身的限制，其性能已接近理论极限。
而以碳化硅（SiC）、氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料，即宽禁带半导体材料，则由于其突出的材料性能——宽带隙、高饱和电子漂移速度、高临界击穿电场等——而代替Si、GaAs等成为制造大功率、高温、高频和抗辐射电子器件的理想材料。
正是由于这种需要，近二十年来，宽禁带半导体材料发展迅速——从上世纪九十年代开始，宽禁带半导体材料逐渐成为研究人员的研究重心。
GaN的研究是从上世纪二十年代开始的。
1928年，Johnson等人通过 Ga 金属和NH3 反应得到的 GaN 材料。
十年之后，1938年，Juza和Hahn尝试生长了热力学稳定的 GaN 结构。
而GaN半导体材料的商业应用应始于1970年，但由于GaN单晶材料制备上的困难以及难于生长出GaN-PN结，GaN器件的研究很长时间一直没有突破。
到1985年，通过采用先进的分子束外延方法，GaN材料的性能得到了大大的改善；[1]随后在1989年，Akasaki等人利用电子辐照方法实现了GaNP型材料的生长并制备出PN结；[1]而后在1991年，日本研制出同质结蓝色LED；1993年，Khan等人采用低压MOCVD技术，并在蓝宝石衬底上利用一层AlN薄膜缓冲层提高GaN膜质量的方法首次制造了GaNMESFET； 1995年，Nakamura等人制备出发蓝紫光的GaN发光二极管，效率为5%，寿命达一万小时；[1]其后两年，在1997年，用GaN基材料制备的半导体激光器面世；1998年，F.Ren等人制造出第一只GaN MOSFET；[2] 2007年，中科院研制成功GaN基半导体激光器，填补了我国在这一方面的空白；2011年，微电子研究所微波器件与集成电路研究室研制成功了毫米波GaN功率器件，其功率测试是国内目前研究中已知的最高频性能。
最近十年来，GaN器件的研究飞速发展，对其的研究、开发和制造已成为目前国际半导体领域中的热点问题。
现在全球已有接近100家公司和200多所大学与研究所进行GaN材料、工艺和光电器件开发的研究。
2010年GaN微电子在工程化方面取得重大突破，预计2010年～2015年间即可实现GaN材料商业化研发生。
继GaAs微电子之后，GaN微电子也将成为化合物半导体领域发展的一颗新星。
1.1.2 课题的研究意义1 GaN材料性能优越与第一代半导体材料Si与第二代半导体材料GaAs、InP等相比，GaN具有更优越的物理性能：禁带宽度大，热导率高，从而具有更高的击穿电压和工作温度以及更强的抗辐射能力；导带底在Γ点，而且与导带的其他能谷之间能量差大，从而使其不易产生谷间散射，易得到很高的强场漂移速度； GaN易与AlN、InN等构成混晶，能制成各种异质结构；晶格对称性比较低，具有很强的压电性和铁电性；在异质结界面附近具有很强的压电极化和自发极化，能感生出极高密度的界面电荷。
总而言之，GaN基半导体材料具有内、外量子效率高、高发光效率、高热导率、高强度和高硬度、耐高温、抗辐射、耐酸碱等特性，是目前世界上最先进的半导体材料。
2 GaN材料应用前景广阔作为一种新型化合物半导体材料，GaN由于其独特的材料性质而具有许多硅基半导体材料所不具备的优异性能，在大功率、高温高频和高速半导体器件中表现出色，可取代部分硅和其他化合物半导体材料器件市场。
GaN更宽的禁带，可以发射波长比红光更短的蓝光，从而为新的光电应用产品的研究开发提供了新的思路。
在军用方面，由于GaN微电子器件可以在600～1100℃的范围内工作，其高频、大功率和高强的抗辐射能力也占很大优势，从而得到了军事宇航领域的广泛重视。
在民用方面，GaN基器件的对高频率和大功率的处理能力对于发展高级通信网络中的放大器、调制器以及其他关键器件都很重要。
另外，GaN材料在大频幕、车灯、交通灯、GaN基LED白光照明，数字化存储技术，光纤通信、探测器、光学阅读、激光高速印刷等领域有重要的用途和光明的应用前景。
1.2 GaN器件的研究现状及存在问题1.2.1 GaN器件的研究现状GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，其在蓝光LED、激光器等的应用方面已得到长足发展。
同样，由于其在高温、高频以及大功率领域内的杰出表现，人们对GaN HEMT器件也有大量深入的研究。
而与之相比的是，GaN MOSFET的研究正处于发展阶段。
相对而言，国际方面研究的比较多：世界上第一只 GaN MOSFET 器件，在1998 年由F.Ren 等人使用 Ga2O3(Gd2O3)做为栅介质制成；[2]其后在2000 年，J.W.Johnson等人使用SiO2/Gd2O3做为栅介质材料制作的GaN MOSFET，最高栅压达到7V，源漏击穿电压可达到 80V，而且在栅压范围内表现出良好的调制效应；而后在2002 年Kuan.Wei Lee等设计制作的GaN MOSFET，使用液相淀积 SiO2做栅介质材料，在栅压为 4V 和漏源电压为 20V 的情况下得到 250mA/mm的漏极电流和48mS/mm的跨导；在2004 年到2007年间，Y.Irokawa 、W.Huang、Hcon-BokLee 、YukiNiiyama等人相继报道了其所研制成功的GaN MOSFET；到了2008 年反型沟道 GaN MOSFET研制成功，该MOSFET以Al2O3做栅介质，并得到2.8V的阈值电压以及 4×10-13A/μm的关断漏电流；高功率常关 GaN MOSFET 器件则在2009年研制成功，电流可达 2.2A，最高工作温度可达到 250℃。
[3]国内方面相关报道比较少，仅在2005 年由邹晓等提出了一种半经验的 GaN n-MOSFET 反型沟道电子迁移率模型。
[3]总而言之，由于工艺技术水平的关系，国内的 MOSFEET 实际器件研究与开发尚处于探索阶段。
因此对 GaN MOSFET 进行器件模拟，具有很大的实践指导意义。
1.2.2 GaN器件的存在问题目前，GaN MOSFET器件的研究尚处于探索阶段，其研发过程中尚有许多难题没有解决。
首先，在工艺方面，一直没有很好的方法解决GaN材料的p型掺杂。
国外方面，H.Amaano等人和S.NaKamura等人先后分别利用低能电子束照射和快速热退火方法获得p型GaN材料[3]。
国内方面，通过调整温度、压力和Mg掺杂量等参数优化材料掺杂效果来获得p型GaN材料。
其次，在于栅介质的选择，栅介质材料对器件性能有重要的影响，近几年已报道过的栅介质材料主要有AlN,Ga2O3(Gd2O3)，MgO，SiO2，MgO，SiNx，Sc2O3以及它们的化合物，这些材料的界面态密度均达到了1011cm-2eV-1数量级,高的界面态密度，严重影响器件性能。
在GaN材料的计算机模拟仿真方面，GaN 材料参数不完善，模型不够先进，与GaN 器件的现有研究状况脱节，导致模拟结果不准确。
2GaN材料特性及MOSFET器件概述2.1 GaN材料特性2.1.1 GaN材料的基本特性GaN不存在与自然界中，最早由人工合成。
它的化学性质极其稳定，熔点约为1700℃，是一种坚硬的高熔点材料。
一般GaN晶体有三种结构：六角纤锌矿2H型结构（α相）、立方闪锌矿3C型结构（β相）和面心立方结构（NaCl结构）。
在大气压力下，GaN晶体通常是六角纤维锌矿 2H 型结构。
该结构的GaN晶体一个晶胞内有四个原子，原子体积大约为GaAs的一半。
由于GaN晶体的性质稳定，硬度高，所以它又是一种良好的涂层保护材料。
在室温下，GaN性质稳定，不溶于水、酸和碱，即使在热的碱溶液中溶解速度也非常慢。
NaOH、H2SO4、H3PO4能较快的腐蚀质量差的GaN，对一些质量不高的GaN晶体，可以用这种方法进行缺陷检测。
高温时，GaN晶体在N2中表现稳定，但在HCl和H2气氛中呈现不稳定特性。
表2.1中给出了室温 GaN 材料的主要特性参数。
表2.1 几种重要的半导体材料的部分参数带隙类型间接直接直接禁带宽度/eV 1.12 1.43 3.45 熔点/℃1420 1238 1700 密度/g.cm-1 2.328 6.095 晶格常数/nm 0.543 0.565 0.451 介电常数11.8 12.5 8.9 热膨胀系数/×10-6.C-12.6 5.9 5.6电阻率/Ω·cm 1000 103 >1010热导率/W.cm-1.K-1 1.5 0.46 1.3 电子饱和速率/×10-7cm.s-11.02.0 2.2 电子迁移率/cm2V-1s-11350 8500 900 空穴迁移率/cm2V-1s-1600 400 850对表2.1给出的GaN、Si 和GaAs的主要参数进行比较，可以看出GaN材料在高温高频以及大功率器件等领域有极强的优势。
2.1.2GaN材料的电学特性半导体材料的电学特性是影响器件的主要因素。
非故意掺杂的GaN在各种情况下都呈n型，最好的样品的电子浓度约为4×1016/cm3，一般情况下所制备的p型氮化镓都是高补偿的。
采用Mg作为掺杂剂，在800℃左右和在N2的气氛下进行高温退火，可以实现GaN材料的P型掺杂。
未掺杂载流子浓度可控制在1014～1020/cm3范围，通过P型掺杂工艺和Mg的低能电子束辐照或热退火处理，可以将掺杂浓度控制在1011～1020/cm3范围。
很多研究小组从事氮化镓电学特性的研究工作，其中中村报道了 GaN 最高迁移率数据在液氮温度和室温下分别为μn =1500cm2/Vs和μn=600cm2/Vs，相应的载流子浓度为 n=8×1016cm-3和 n=4×1015cm-3。