高性能AlGaN／GaN HEMT器件在高温、微波大功率应用上拥有明显的优势,然而AlGaN／GaN异质结HEMT器件仍然存在着界面缺陷、栅泄漏电流较大和电流崩塌效应等问题,严重限制了高频、大功率及高温可靠性。　　 为了解决这一问题,人们在采用SiO2、Si3N4作为栅绝缘层介质的MOS-HEMT器件取得了很大的进展。然而由于器件尺寸不断缩小,为保持器件良好的性能,栅介质层厚度也需要相应减小,由此带来的量子隧穿效应导致栅泄漏电流增加,器件功耗增大,可靠性变差,于是,采用高介电常数的材料作为栅介质成为发展的趋势,采用高k栅介质可以在保持栅电容不变的同时,增加栅介质层的物理厚度,从而能够有效减小栅漏电流,改善器件的性能。　　 本文首先对高k栅介质AlGaN／GaN MOS-HEMT器件进行了仿真特性分析,通过MOSHEMT与常规的肖特基栅器件的对比,MOS结构能够使器件获得更大的饱和电流,更高的截止频率,但栅介质的插入会影响栅控能力,即引起器件跨导下降和阈值电压负方向移动。　　 在此基础上,作者还研究了相同结构,不同介质层厚度、不同介电常数材料以及温度对MOS—HEMT器件的特性影响,结果表明,氧化层厚度的减小可以改善器件的阈值电压负漂,提高器件的跨导,增强栅控能力；高介电常数材料的使用转化为更有效的栅调制效应,使高介电常数栅介质MOS-HEMT获得了更大的器件跨导和阈值电压的正向移动；温度的升高使器件的饱和电流和跨导发生明显退化,但阈值电压有微小的正方向移动。　　 最后,采用原子层淀积技术制备了5nm厚的HfSiO／AlGaN／GaN MOS-HEMT器件,并与常规HEMT器件特性进行对比,实验结果表明,HfSiO介质层与AlGaN层之间有较低的界面态密度,并且器件栅泄露电流减小了两个数量级。栅介质层的引入使器件能够承受更高的栅偏电压,从而获得更大的饱和电流,进一步提高了输出功率。此外,研制的MOS—HEMT器件获得了更高的截止频率与最大频率。