AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）基于其优异的材料性能被广泛应用于高压大功率射频领域,近些年来,增强型器件因可以实现增强型/耗尽型（E/D）逻辑电路来简化驱动电路设计且缩小电路尺寸从而引起广泛关注,为了进一步降低栅漏电、增大栅压摆幅,通常采用引入一层绝缘介质实现MIS-HEMT结构。本文主要制备氮化镓增强型MIS-HEMT器件,并对其进行建模,仿真设计GaN E/D模数字电路,并成功制备基于氮化镓增强型MIS-HEMT的电平转换电路,最后进行测试分析。具体研究成果如下:首先采用刻蚀凹槽及ALD生长Al₂O₃栅极介质薄层方法制备增强型AlGaN/GaN MIS-HEMT,通过控制刻蚀栅槽时间制备不同栅槽深度的增强型MIS-HEMT,对比其直流及频率性能,并进行分析。制备出阈值电压为1.08 V的增强型AlGaN/GaN MIS-HEMT器件,其饱和电流为425.3 mA/mm,跨导峰值为69.7 mS/mm,特征频率为15.3 GHz,最高振荡频率为43.8 GHz。采用变温变频C-V测试方法表征计算增强型MIS-HEMT中Al₂O₃介质与AlGaN接触界面的界面态密度,并通过栅介质后退火工艺有效降低了Al₂O₃/AlGaN界面态密度。采用EE_HEMT1模型对所制备耗尽型HEMT与增强型MIS-HEMT进行直流性能拟合,包括输出特性及转移特性;采用拟合的耗尽型HEMT与增强型MIS-HEMT的直流模型,进行反相器及电平转换电路的仿真设计。对比不同栅极宽长比及不同偏置电压下的反相器特性,同时确定电平转换电路中具体使用器件的尺寸。仿真过程中,分别设置电平转换电路的高低偏置电压为+7 V与-7 V,使增强型MIS-HEMT能够完全开启,当输入电压Vin为低电平0 V时,电路输出Vout1为高电平-0.137 V,Vout2为低电平-4.420 V;当输入电压Vin为高电平7 V时,电路输出Vout1为低电平-4.416V,Vout2为高电平-0.137 V。该电路实现了严格控制后接数字移相器中耗尽型开关器件的开启与关断的功能。最后,本文成功制备了基于GaN基增强型MIS-HEMT的反相器与电平转换电路,并对其进行测试分析。反相器测试结果中,在偏置电压VDD为7 V、8 V与9 V下均可正常工作,说明增强型MIS-HEMT应用于电路中可以提高电路的栅压摆幅从而提高电路驱动。电平转换电路的测试结果中,当输入电压Vin为低电平0 V时,输出电压Vout1为高电平-0.35 V,Vout2为低电平-4.34 V;当输入电压Vin为高电平7 V时,输出电压Vout1为低电平-4.23 V,Vout2为高电平-0.42 V。该电路可以完整的控制后接数字移相器电路中的耗尽型开关器件的开启与关断。在该电平转换电路测试基础上,更改高低偏置电压VDD与VSS的组合,该电路在多种高低偏置电压VDD与VSS组合下均可以正常工作,一方面说明了增强型MIS-HEMT应用在电路中可以提高栅压摆幅,另一方面,可以通过更改偏置电压来减小后接数字移相器电路或负载对电平转换电路的影响,使整个电路可以正常工作。