- 文献综述（或调研报告）：
高电子迁移率晶体管（HEMT）是场效应晶体管的一种，在正常的工业应用中，常使用砷化镓、砷镓铝等三元化合物半导体。GaN是极稳定的化合物，具有强的原子键、高的热导率、在Ⅲ-Ⅴ族化合物中电离度是最高的、化学稳定性好，有更强抗辐照能力,材料本身的强自发和压电极化效应能在AlGaN/GaN异质结构中诱导出高密度、高迁移率的二维电子气（迁移率可达到2000 /V·s以上），突破了传统Si基功率器件的材料极限。由于高击穿电场、高电子饱和速度以及极高的功率密度，GaN HEMTs已成为下一代高功率开关速度器件材料。
相较于基于Si的横向扩散金属氧化物半导体和GaAs，在基站端GaN射频器件更能有效满足5G的高功率、高通信频段和高效率等要求。5G将带动智能移动终端、基站端及IOT设备射频PA稳健增长，智能移动终端射频PA市场规模将从2017年的50亿美元增长到2023年的70亿美元，复合年增长率为7%，高端LTE功率放大器市场的增长，尤其是高频和超高频，将弥补2G/3G市场的萎缩。GaN器件则以高性能特点目前广泛应用于基站、雷达、电子战等军工领域，在5G 时代需求将迎来爆发式增长。还有研究机构指出，在电信基础设施和国防两大主要市场的推动下，预计到 2024 年 RF GaN整体市场规模将增长至 20 亿美元。目前市场上成熟的 GaN 射频应用基本来自美国、日本的厂商，国内发展 GaN 射频技术较晚，做相关器件的厂商也不多，因此目前正是我国半导体电子行业弯道超车的关键时期，GaN HEMT的相关研究也就显得至关重。
尽管有这些优点，今天的GaN功率器件的大规模生产仍遇到许多问题。 其中一个非常显著的问题是大多数器件都是用昂贵的含金材料制成的，金用于电极防止无意氧化。AlGaN/GaN HEMT的欧姆接触通常与含金金属堆形成，Au被用来防止Ti/GaN HEMTs的氧化。现在所出现的研究中，有部分不使用Au的方，以及对于无金GaN HEMT的电路应用的研究方。这些方案都将推动GaN HEMT商业化的进程。
在HEMT中，其栅电流较高，而使用MIS-HEMT的结构，可以显著抑制，这是MIS-HEMT结构的一大优。然而在实际应用之中，为了进一步降低，以提高可使用的栅极电压范围，改善器件可靠性，需要进一步研究GaN MIS-HEMT的栅极泄漏机。于以SiNx为栅介质的AlN/GaN和AlGaN/GaN MIS-HEMT来说，其Gate泄漏机理是由于两种MIS-HEMTs的Poole-Frenkel发射所致，在反向偏压下，PFE占优势。而在低到中前向偏置区，门漏主要由TAT机制控制，而在较高的前向偏置下，FNT占主导地位。正、反向偏压中近零栅偏压的传导则以DAT为主。根据实验结果，得到了一种可用于开发小型MIS-HEMT模。
一般来说，功率器件需要具有低的导通电阻、高的关断状态击穿电压和大的电流处理能力。GaN HEMT由于其优良的材料参数，适用于这些功率器件。然而，传统的GaN HEMT由于其强大的压电效应而不适合于增强模式的运行，许多器件在 0V左右的情况下，得到了相对较高的漏电流。为了能够制成增强型器件，我们选用了MIS的结构。然而，利用反型沟道的MISFET器件由于较低的电子迁移率无法得到较高的漏电流。对于GaN HEMT，有几种实现增强模式操作的方法，如凹栅结构，引入帽层等。最近有一个团队成功地在双通道异质结平台上实现了一种具有双处理门控肖特基漏极的常闭反向阻塞GaN MIS-HEMT，从而实现了正反off态的高压阻断电容。这种器件可以实现低阈值电压，低反向电流，以及较低的开态电。在一篇论文中，开发了一种三帽层的MIS HEMT（如图1所示），使其漏电流在的情况下达到800mA/mm，击穿电压达到320V，并且有着3V的阈值电。与此同时，凹陷的漏极也将导致阈值电压的下。
图1 三帽层、凹栅结构、高k值介质的AlGaN/GaN MIS-HEMT截面图
在GaN功率器件的应用中，以和为代表的氧化物介质是的GaN基MIS-HEMT器件的栅绝缘层最常见的材料，具有制备工艺成熟、绝缘性能好、物理和化学性质稳定等优点。然而，研究表明，栅氧介质与势垒层界面存在高密度(gt;)的界面态，界面的充放电效应严重影响阈值不稳定的现象。在以溅射沉积为栅的GaN MIS-HEMTs中，其阈值电压与有，于在这些器件来说，与的变化不是单调的，而是与氧化层和表面的大量电荷有关。图2（a）表示的是对于具有不同值的GaN/AlGaN/GaN SBD和MISD（set-A）的电容-电压（C-V）特性，在图中，随着的增加，曲线先向右移动，再向左移动，图2（b）则表示具有不同值的Ni//AlGaN/GaN MISDs的电容-电压（C-V）特性，这里的图像也表现出了相似的现象，即先向右移再向左移，这表明一开始由于在氧化物/III-N界面上净负电荷的相对优势，随着的增加有着正向的偏移。但是随着，的进一步增加，导致的出现负向的偏移，这是由体正固定氧化物电荷引起的。
图2 GaN/AlGaN/GaN SBD和MISD、Ni//AlGaN/GaN SBD和MISDs的C-V特性曲线
由在GaN MIS-HEMT的栅极材料方面，也存在一些近期研究。在以往的实验中， 、和被选为GaNMIS-HEMTs器件的栅极绝缘材料。在GaN功率器件的应用中，以和为代表的氧化物介质是的GaN基MIS-HEMT器件的栅绝缘层最常见的材料，具有制备工艺成熟、绝缘性能好、物理和化学性质稳定等优点。但在最近的一篇论文中，作者将分别与和结合，组成GaN MIS HEMT功率器件的栅氧介质，并比较了两者的性质差异，如击穿电压,栅漏电流，动态电阻，阈值电压的稳定性以及 之比等，其结果如表1所示。结果显示，由于较高的介电常数、较高的能带偏移量和良好的界面性质， /是GaN MIS-HEMT功率器件栅绝缘体的最佳材。
表1 Schottky HEMT以及 HfO2, La2O3, SiO2, HfO2/SiO2 和 La2O3/SiO2 栅介质的 GaN MIS-HEMTs的特性比较
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