基于GaN基 HEMT隔膜力-电耦合机制的红外探测器研究

由于GaN/AlGaN异质结HEMT的 2DEG浓度和电子迁移率受自发极化和压电极化影响具有很高的力－电转换灵敏度，以及GaN材料的高稳定性，本申请拟利用MEMS工艺将微动隔膜（Membrane）导入GaN/AlGaN HEMT，隔膜作为HEMT沟道应力调制元件。当隔膜下的工作气体和吸能薄膜吸收红外辐射后，会在隔膜产生气动应力和热应力合力，使隔膜上的GaN HEMT沟道电流发生变化，从而实现高灵敏度高可靠的红外辐射探测。为提高吸收辐射效率，在气腔壁上形成红外反射涂层，以提高器件性能。制备结构和工艺可移植性强的GaN/AlGaN HEMT-Membrane微动结构，探索力-电耦合机制中的物理规律，是宽禁带M/NEMS结构加工和相关传感器等研究的基础，具有重要的理论价值和现实意义。该结构可以制成基于力-电敏感效应的各种新器件，在军事以及生产生活领域有着重要的应用，前景广阔。

由于GaN/AlGaN异质结HEMT的 2DEG浓度和电子迁移率受自发极化和压电极化影响具有很高的力－电转换灵敏度，以及GaN材料的高稳定性，本课题利用MEMS工艺将微动隔膜（Membrane）导入GaN/AlGaN HEMT，隔膜作为HEMT沟道应力调制元件。当隔膜下的工作气体吸收红外辐射后，会在隔膜产生气动应力，使隔膜上的GaN HEMT沟道电流发生变化，从而实现红外辐射探测。. 通过课题的研究，制备了GaN/AlGaN HEMT-Membrane微动结构，探索力-电耦合机制中的物理规律，涉及 GaN材料的 HEMT制备、GaN隔膜加工、理论模型及仿真等关键问题，积累了制备GaN材料的外延、刻蚀、欧姆接触、肖特基接触、仿真等一系列技术。获得了利用微动结构对GaN基HEMT沟道电流调制的理论，通过本课题的研究，发表了15篇文章，其中Ei/SCI共14篇；申请专利5项，其中4项为发明专利，4项已获得了授权。培养博士生2人，硕士生3人，晋升副高职称1人次，参加国际交流2人次，国内交流4人次。. 由于材料外延质量要求极高及工艺加工难度较大，器件性能与现有传统结构探测器的性能还存在一定差距，新机理的探测器未能达到理论目标.但从理论来看，新机理的探测器仍不失为检测红外辐射提的一种途径。将来随着硅基外延GaN技术和低应力GaN 超薄薄膜加工技术成熟后，基于GaN HEMT微动元来探测红外辐射或其他信号的方法仍是研究的目标之一。由于项目负责人第一次主持项目，对困难估计不足，严重低估了硅基GaN材料和超薄GaN薄膜应力所带来的工艺困难，如高温退火后外延质量退化、GaN超薄薄膜破裂、栅极刻蚀损伤一系列问题。即使在采取研究生到合作单位联合培养和直接购买外延片等方法后，进展仍不太顺利，取得的是阶段性成果，期望能为相关研究提供借鉴。今后将联合其它科研单位断续进行相关的研究，为宽禁带材料器件的制备提供理论及技术方法支持。. 制备结构和工艺可移植性强的GaN/AlGaN HEMT-Membrane微动结构，探索力-电耦合机制中的物理规律，是宽禁带M/NEMS结构加工和相关传感器等研究的基础，具有重要的理论价值和现实意义。如果联合其他科研单位解决了超薄GaN薄膜应力和硅基GaN外延质量高温退化等问题，该结构可以制成基于力-电敏感效应的各种衍生器件，其前景广阔。