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随着半导体材料和器件制备工艺的不断发展和完善,4H-SiC MESFET展现出了更加优良的大功率、高频率、耐高温高压等特性,在微波功率器件应用领域中具有很大的潜力和竞争力。绿色发展理念的提出和推进,使设计出高效率的4H-SiC MESFET结构成为了一个新的研究方向和趋势。然而,目前提出的许多4H-SiC MESFET新结构,目标都是提高器件的直流特性和射频特性。因此,为了响应高效率器件的发展趋势,在保证4H-SiC MESFET具有较好的直流特性和射频特性基础上,还要追求器件结构的高效率特性。本文在ADS软件中建立了超高栅4H-SiC MESFET(UU-MESFET)结构模型,并且获得了一种改进后具有高效率的超高栅4H-SiC MESFET(IUU-MESFET)结构。利用建立的UU-MESFET结构模型仿真了器件的饱和漏电流、阈值电压、跨导以及击穿电压等性能参数对功率附加效率(PAE)的影响。根据仿真分析结果可以得知,提高UU-MESFET结构的饱和漏电流、阈值电压、跨导以及击穿电压有益于PAE的提高。基于这些仿真分析结果,利用ISE TCAD软件仿真优化UU-MESFET结构中高栅到沟道表面的距离H。由仿真结果发现,增大高栅到沟道表面的距离H,提高了器件结构的饱和漏电流和击穿电压,减小了器件的阈值电压、跨导以及栅源电容。这是因为提高器件结构中高栅到沟道表面的距离H,能够增加器件的有效沟道厚度,减小栅下的耗尽层大小,调制沟道中的电场分布。然而改变UU-MESFET结构中高栅到沟道表面的距离H不能够同时提高饱和漏电流、阈值电压、跨导以及击穿电压。因而再利用ADS仿真出UU-MESFET结构中高栅到沟道表面的距离H对PAE的影响。通过ADS仿真结果可知,当UU-MESFET结构中高栅到沟道表面的距离H为0.1μm,器件的PAE达到峰值,从而形成了IUU-MESFET结构。该结构PAE为70.99%,比UUMESFET结构的PAE提高了18%。本文还仿真了IUU-MESFET结构的直流特性与射频特性,并且与UU-MESFET结构进行对比。通过ISE TCAD软件仿真结果可知,IUU-MESFET与UU-MESFET两种结构的饱和漏电流分别为530.2 mA/mm和549.3mA/mm,与UU-MESFET结构相比,IUU-MESFET结构的饱和漏电流减小了3.5%。两种结构的阈值电压分别为-9.16V和-9.82V,IUU-MESFET结构的阈值电压比UU-MESFET提高了6.7%。对于两种结构的击穿电压,分别为143V和156V,而跨导分别为57.84mS/mm和55.93mS/mm。与UU-MESFET结构相比,IUU-MESFET结构的击穿电压降低了8.3%,而跨导提高了3.4%。综合以上所有仿真结果可以发现,IUU-MESFET结构在具有高PAE的同时,也具有较为优良的直流特性和射频特性。