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作者及研究机构
本研究的作者包括Zhao Jian-zhi（赵建芝）、Lin Zhao-jun（林兆军）、Timothy D. Corrigan、Zhang Yu（张宇）、Lü Yuan-jie（吕元杰）、Lu Wu（鲁武）、Wang Zhan-guo（王占国）和Chen Hong（陈弘）。研究机构包括山东大学物理学院、美国马里兰大学物理系、美国俄亥俄州立大学电气工程系、中国科学院半导体研究所半导体材料科学实验室以及中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室。该研究于2009年发表在《Chinese Physics B》期刊上。

学术背景
本研究的主要科学领域是半导体物理，特别是AlGaN/GaN异质结构的电学性质研究。AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管（HFETs）在高频和高功率电子器件中具有重要应用，而AlGaN势垒层的相对介电常数（relative permittivity）是影响其性能的关键参数之一。然而，此前关于AlGaN势垒层相对介电常数的计算结果存在较大差异，因此有必要找到一种精确测定该参数的方法。本研究的目的是通过实验和理论计算相结合的方法，精确测定应变AlGaN/GaN异质结构中AlGaN势垒层的相对介电常数，并研究反向偏压对该参数的影响。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：
1. 样品制备
研究采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）技术在蓝宝石衬底上外延生长了应变AlGaN/GaN异质结构。具体结构包括40 nm的AlN成核层、3 µm的未掺杂GaN层和21.5 nm的未掺杂Al0.3Ga0.7N势垒层。通过霍尔测量，室温下的二维电子气（2DEG）密度约为1.36×10¹³ cm⁻²，电子迁移率为1200 cm²/(V·s)。
2. 器件加工
样品首先用有机溶剂清洗，并用氮气吹干。采用光刻技术形成欧姆接触，并通过电子束蒸发沉积Ti/Al/Mo/Au多层金属作为欧姆接触电极。随后，样品在氮气环境中进行快速热退火处理。采用类似方法形成Ni/Au肖特基接触，直径为120 µm，与欧姆接触的间距为40 µm。
3. 电容-电压（C-V）测量
使用Agilent 4284A LCR表进行C-V测量，分别在1 kHz、100 kHz和1000 kHz频率下进行。测量时施加交流调制电压（±0.1 V）和直流偏压。
4. 光电流谱测量
使用单色仪和锁相放大器进行光电流谱测量，光源为卤素灯。根据Fowler理论，通过光电流谱确定肖特基势垒高度。
5. 理论计算
通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程，计算不同偏压下的AlGaN势垒层相对介电常数。结合C-V测量数据和光电流谱数据，精确计算相对介电常数。

主要结果
1. C-V测量结果
在不同频率下测量的C-V曲线表明，AlGaN/GaN异质结构中存在陷阱电荷。为消除陷阱电荷的影响，选择1000 kHz的C-V曲线进行相对介电常数的计算。通过积分C-V数据，得到2DEG电荷随电压的变化，并通过线性外推法确定肖特基接触的阈值电压为-4.9 V。
2. 光电流谱结果
通过光电流谱测量，确定Ni肖特基接触的势垒高度为1.47 eV。
3. 相对介电常数计算结果
通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程，结合C-V测量数据，计算得到AlGaN势垒层的相对介电常数随反向偏压的变化。结果表明，随着反向偏压从0 V增加到-3 V，相对介电常数从7.184下降到7.093。这一变化归因于反向偏压增加导致的AlGaN势垒层中张应力的增加。

结论
本研究通过实验和理论计算相结合的方法，精确测定了应变AlGaN/GaN异质结构中AlGaN势垒层的相对介电常数。研究发现，反向偏压对相对介电常数的值有显著影响，随着反向偏压的增加，相对介电常数逐渐减小。这一结果为AlGaN/GaN HFETs的设计和优化提供了重要参考。此外，本研究的计算方法比此前文献中的方法更为精确，为类似研究提供了新的思路。

研究亮点
1. 创新性方法
本研究通过自洽求解薛定谔方程和泊松方程，结合C-V测量和光电流谱数据，提出了一种精确测定AlGaN势垒层相对介电常数的新方法。
2. 重要发现
首次揭示了反向偏压对AlGaN势垒层相对介电常数的影响，为AlGaN/GaN HFETs的性能优化提供了新的理论依据。
3. 高精度计算
通过消除陷阱电荷的影响，结合高频C-V测量数据，显著提高了相对介电常数计算的精度。

其他价值
本研究不仅为AlGaN/GaN HFETs的设计提供了关键参数，还为半导体异质结构的电学性质研究提供了新的实验和理论方法。此外，研究结果对高频和高功率电子器件的开发具有重要应用价值。

以上是基于文档内容生成的学术报告，详细介绍了研究的背景、流程、结果和意义。