GaN基IMPATT二極管太赫茲研究.pdf

1、鑒于太赫茲波在天文學、物理學、生物學、材料科學、信息通信、國家安全和軍事等諸多領域的廣泛應用,而太赫茲輻射源是所有實際應用的基礎。而現(xiàn)在仍然缺乏低造價、便攜式、具備足夠輸出功率的THz源。在此背景下,我們以新型材料GaN為基礎,對IMPATT二極管進行了深入的研究,設計了幾種GaN基IMPATT二極管結構并進行了詳細的仿真分析,研究了不同工作溫度條件和引入異質(zhì)結構對器件性能的影響。主要得研究成果如下:
　　 1、研究了IMPAT

2、T二極管工作機理并建立仿真模型。對GaN基的IMPATT二極管的工作機理進行了分析,從器件中載流子的雪崩、渡越漂移特性,結合載流子的漂移一擴散模型,用器件仿真器ATLAS建立仿真模型。
　　 2、設計了三種結構的GaN基IMPATT二極管,并分別對其性能進行分析,分別為高一低一高型單漂移區(qū)型,普通型單漂移區(qū)型,雙漂移區(qū)型。IMPATT的最佳工作頻率分別為0.46THz、0.16THz、0.31THz,RF輸出功率密度分別為13.

3、8mW／μm2、12.6 mW／μm2、22.6mW／μm2。如果假設器件的面積為100μm2,在單漂移區(qū)器件中可以得到1W以上的RF輸出功率,在雙漂移區(qū)器件中可以得到2W以上的RF輸出功率。
　　 3、結合最新的GaN、AlGaN材料的實驗報道數(shù)據(jù)和蒙特卡洛仿真數(shù)據(jù),擬合得到了GaN、AlGaN材料在不同溫度下的速場模型。并且用此模型研究了GaN基IMPATT的溫度特性,得到溫度升高會降低器件的轉(zhuǎn)化效率,但是由于溫度升高使擊穿

4、電壓升高,因此對RF功率輸出影響較小。
　　 4、研究了GaN異質(zhì)結型IMPATT二極管,提出雙段單漂移區(qū)異質(zhì)結型IMPATT結構。這種結構可以提高器件轉(zhuǎn)化效率,并且不會降低器件的工作頻率。
　　 5、研究了IMPATT器件中存在的功率-頻率效應和熱學效應,并討論了GaN工藝條件中P型摻雜和歐姆接觸對IMPATT器件制備的影響。
　　 綜上所述,本文從理論上和仿真角度較為全面的研究了GaN基IMPATT器件,從仿