1. fat-FET计算2DEG场效应迁移率
沟道电子的场效应迁移率可以通过对器件跨导的测试推导得到，即当场效应晶体管器件工作在线性区时（漏端偏置电压VDS非常小），沟道中载流子的场效应迁移率µFE可以表示为，
(1)式中，gm为器件跨导，W为栅宽，L为栅长，Cd=εd/td为单位面积上的栅电容（对常规HEMT器件而言即为势垒层电容），Rt为器件栅极正下方场效应区以外电流通路上的电阻总和，其中包括栅、源串联电阻RGS、栅、漏串联电阻RGD、源极接触电阻RCS和漏极接触电阻RCD四个部分。对于大栅长的fat-FET而言，与常规GaN HEMT器件结构相比，fat-FET结构可以最大程度地减小源、漏串联电阻的影响，因此上式可以简化为:
(2)本文所采用的fat-FET结构栅长为20µm，栅宽100µm，漏端偏置电压为0.1V。图1给出了不同温度下所测得的fat-FET在线性区的跨导曲线。另外，根据式（2）中的关系可以看到，要计算2DEG场效应迁移率，我们还需要得到栅电容信息。因此，实验中我们还测试得到了频率f=100KHz条件下fat-FET在不同温度下的C-V曲线，结果在图2中给出。
图1 fat-FET线性区变温跨导曲线
图2 fat-FET变温C-V曲线结合
图1和图2中的跨导和电容信息，运用式（2）的关系，可以得到2DEG场效应迁移率随外加偏压的变化曲线。有研究表明，当考虑Rt的影响时，在栅极偏压小于0V时，场效应迁移率基本不随外加偏压发生变化，因而我们取跨导最大值点计算得到的结果作为对应温度下2DEG场效应迁移率的近似值，所得2DEG随温度的变化曲线如图3所示。
图3 2DEG场效应迁移率变温曲线
从图3得到的2DEG场效应迁移率随温度的变化曲线可以看到，随着温度从300K降低到77K的过程中，2DEG的迁移率表现出先增大而后减小的变化规律，并在T=90K时取得最大值
，这这一变化规律与前文中测试得到的常规GaN HEMT器件的源、漏输出电流和最大跨导随温度的变化相吻合，再加之从后文对2DEG的面密度分析可以知道，异质结界面处的2DEG面密度随着温度的降低变化不明显，即低温下2DEG迁移率的变化是影响HEMT器件输出电流随温度变化的主要因素。2. 变频C-V法研究2DEG浓度随温度变化
C-V测试是研究HEMT器件性能的重要方法，通过对AlGaN/GaN异质结结构在不同频率下的肖特基栅的C-V特性进行测试，可以对异质结结构中的材料生长情况进行评估。再者，通过对所测得的C-V曲线进行处理可以得到不同深度处载流子浓度分布，进而得到GaN HEMT器件沟道中二维电子气面密度。本文所采用的样品为常规Al0.3Ga0.7N/GaN异质结构C-V环，具体结构如图4所示，图中的外部圆环采用Ti/Al/Ni/Au的合金结构形成源、漏欧姆接触，圆环的外侧直径176µm，内侧直径为334µm，各金属层厚度分别为22nm/140nm/55nm/45nm。圆环内部为肖特基接触，直径130µm，采用的金属结构是Ni/Au/Ni(45nm/200nm/20nm)，该结构可以形成比较高的肖特基势垒，因此具有良好的整流特性。势垒高度在室温条件下可以达到0.8~1.1eV。
图4 C-V环（a）剖面图（b）俯视图
图5是室温下AlGaN/GaN异质结结构的C-V曲线，根据耗尽状态的不同可以把曲线分为三个区域，从右到左依次为区域1（积累区）、区域2（耗尽区）、区域3（深耗尽区）。其中区域1是2DEG积累区，该段曲线反映的是二维电子气在异质结界面处积累的过程，曲线越平缓说明电子的限域性越好，曲线随栅压的增大略有升高则说明电子有部分可能进入势垒区；区域2是2DEG耗尽区，体现了电子从界面处逐渐向缓冲层耗尽的过程，栅压越低，电容越小，该段曲线越陡则说明异质结性能越好；区域3是GaN缓冲层电子深耗尽区，该段对应的是当沟道电子被耗尽后，GaN缓冲层中的电子被进一步耗尽的情况。
图5 室温下AlGaN/GaN异质结C-V曲线
图6给出了器件在T=200K时的变频C-V曲线，测试频率从50KHz变化到5MHz。从图中可以看到，随着频率的增加，器件沟道开启电压表现出了微弱的正向漂移，这主要和异质结界面与势垒层材料中存在的少量深能级电子陷阱无法及时释放有关。另外，当测试频率大于1MHz后，积累区电容值有较为明显的升高，这是因为氮化物表面存在大量的浅能级界面态，其充放电效应可以等效为与势垒层电容并联的陷阱电容，从而导致总电容增大。
图6 T=200K变频C-V曲线
对于金-半肖特基接触，当给栅极施加一定偏压时，界面处的耗尽区会进一步向半导体一侧的体内扩展，耗尽区宽度亦即耗尽区边界离开器件表面的距离主要受所加偏压控制。当在直流偏压上叠加一个小的交流电压变化量∆V时，电荷量Q也会随着出现波动，并且这一变化主要发生在耗尽深度z附近的区域，从而可以近似得到：
(3)此外，通过对异质结C-V曲线进行处理，可以计算出深度z处所对应的载流子浓度：
(4)对上式计算得到的体密度进行积分即可得到相应异质结界面处的二维电子气面密度信息，
(5)图7是在测试频率f=100KHz时的变温C-V曲线，包括77K、90K、100K、120K和200K等五个温度点。根据式（4）的关系，对图7进行处理得到了图8所示的载流子浓度随耗尽深度的分布图。从图中可以看到，随着温度的降低，载流子浓度峰值大小和位置变化都不明显。通过对载流子浓度按耗尽深度进行积分得到了下面AlGaN/GaN异质结界面处2DEG面密度随温度的变化曲线，如图9所示。从图中可以看到，随着温度从200K降低到77K，2DEG面密度变化微弱，其数值基本保持稳定。
图7 f=100KHz变温C-V曲线
图8 f=100KHz不同温度下载流子浓度随耗尽深度分布曲线
图9 2DEG面密度随温度变化曲线