超薄势垒InAlN/GaN HFET器件高频特性分析

采用二次外延重掺杂n+ GaN实现非合金欧姆接触,并通过优化干法刻蚀和金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延工艺,有效降低了欧姆接触电阻.将非合金欧姆接触工艺应用于InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFET)器件制备,器件的有效源漏间距缩小至600 nm.同时,结合40 nm T型栅工艺,制备了高电流截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的InAlN/GaN HFET器件.结果显示减小欧姆接触电阻和栅长后,器件的电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.栅偏压为0V时,器件最大漏源饱和电流密度达到1.88 A/mm;直流峰值跨导达到681 mS/mm.根据射频小信号测试结果外推得到器件的fT和fmax同为217 GHz.     

fT为350 GHz的InAlN/GaN HFET高频器件研究

采用再生长n+ GaN非合金欧姆接触工艺研制了具有高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs),器件尺寸得到有效缩小,源漏间距减小至600 nm.通过优化干法刻蚀和n+ GaN外延工艺,欧姆接触总电阻值达到0.16 Ω·mm,该值为目前金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备的最低值.采用自对准电子束曝光工艺实现34 nm直栅.器件尺寸的缩小以及欧姆接触的改善,器件电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.器件的开态电阻(Ron)仅为0.41 Ω·mm,栅压1 V下,漏源饱和电流达到2.14 A/mm.此外,器件的电流增益截止频率(fT)达到350 GHz,该值为目前GaN基HFET器件国内报道最高值.     

SiC衬底上栅长70 nm fT / fmax >160 GHz的InAlN/GaN HEMTs器件

在SiC衬底上制备了InAlN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMTs）,并进行了表征。为提高器件性能,综合采用了多种技术,包括高电子浓度,70 nm T型栅,小的欧姆接触电阻和小源漏间距。制备的InAlN/GaN器件在栅偏压为1 V时得到的最大饱和漏电流密度为1.65 A/mm,最大峰值跨导为382 mS/mm。70 nm栅长器件的电流增益截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为162 GHz和176 GHz。     

低导通电阻和栅漏电的高性能InAlN/GaN HEMT

本文制备了100nm栅长的InAlN/GaN HEMT。通过氧处理和优化欧姆接触获得了高性能的InAlN/GaN HEMT。所制备的器件在栅压偏置为2V时,漏端输出电流密度达到2.18A/mm。器件的导通电阻为1.49Ω*mm。与常规器件相比,器件的栅漏电下降了两个数量级。器件也获得良好的射频特性,电流截止频率和最高震荡频率分别为81GHz和138GHz。根据现有的报道,这是国内较早报道GaN基HEMT电流密度超过2A/mm。     

基于60 nm T型栅fT & fmax为170 & 210 GHz 的InAlN/GaN HFETs 器件

基于蓝宝石衬底InAlN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs)。基于再生长n GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm。此外,采用自对准栅工艺制备60 nm T型栅。由于器件尺寸的缩小,在Vgs= 1 V下,器件最大饱和电流(Ids)达到1.89 A/mm,峰值跨导达到462 mS/mm。根据小信号测试结果,外推得到器件的fT和fmax分别为170 GHz和210 GHz,该频率特性为国内InAlN/GaN HFETs器件频率的最高值。     

f_T为350 GHz的InAlN/GaN HFET高频器件研究（英文）

采用再生长n~+GaN非合金欧姆接触工艺研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs),器件尺寸得到有效缩小,源漏间距减小至600 nm.通过优化干法刻蚀和n~+GaN外延工艺,欧姆接触总电阻值达到0.16Ω·mm,该值为目前金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法制备的最低值.采用自对准电子束曝光工艺实现34 nm直栅.器件尺寸的缩小以及欧姆接触的改善,器件电学特性,尤其是射频特性得到大幅提升.器件的开态电阻(R_(on))仅为0.41Ω·mm,栅压1 V下,漏源饱和电流达到2.14 A/mm.此外,器件的电流增益截止频率(f_T)达到350 GHz,该值为目前GaN基HFET器件国内报道最高值.     

fT为102 GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

研究了一款高性能的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件(HEMT),器件基于在蓝宝石衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构HEMT材料,器件栅长为86 nm,源漏间距为0.8μm。电子束光刻实现T型栅和源漏,保证了器件小的栅长和高的对准精度。制备的器件显示了良好的直流特性和射频特性,在栅偏压为0 V时漏电流密度为995 mA/mm,在栅源电压Vgs为-4.5 V时,最大峰值跨导为225 mS/mm;器件的电流增益截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为102和147 GHz。高fT值一方面得益于小栅长,另一方面由于小源漏间距减小了源漏沟道电阻。     

大电流密度高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

在SiC衬底上制备得到了表面钝化氮化硅(SiN)的AlGaN/Ga N高电子迁移率场效应晶体管(HEMTs)。采用高电子浓度的AlGaN/GaN异质结材料、90 nm T型栅、100 nm SiN表面钝化、低欧姆接触以及较短漏源间距等方法来提升器件性能。在Vgs=4 V时器件的最大漏源饱和电流密度为1.72 A/mm,最大跨导为305 m S/mm,此结果为国内报道的AlGaN/GaN HEMT器件最大漏源饱和电流密度。此外,栅长为90 nm T型栅器件的电流增益截止频率(fT)为109GHz,最大振荡频率(fmax)为144 GHz。     

AlGaN/GaN HEMT器件的研制

介绍了AlGaN/GaN HEMT器件的研制及室温下器件特性的测试.漏源欧姆接触采用Ti/Al/Pt/Au,肖特基结金属为Pt/Au.器件栅长为1μm,获得的最大跨导为120mS/mm,最大的漏源饱和电流密度为0.95A/mm.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程.通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻,实现了10-7Ω·cm2的欧姆接触率,并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论.通过器件工艺的优化,研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件.栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm,fT达到70GHz;栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时,8GHz工作频率下(在片测试)器件的输出功率为32.5dBm(1.6W),输出功率密度达到2.14W/mm,功率增益为12.7dB.     

基于再生长欧姆接触工艺的220 GHz InAlN/GaN 场效应晶体管

本文在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs)。基于MOCVD外延n -GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(L_sd)缩小至600 nm。此外,采用自对准工艺制备了50 nm直栅。由于器件尺寸的缩小,V_gs= 1 V下器件最大饱和电流(I_ds)达到2.11 A/mm,峰值跨导达到609 mS/mm。小信号测试表明,器件f_T达到220 GHz、最大振荡频率(f_max)达到48 GHz。据我们所知,该f_T值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果。     

Characteristics of Al/sub 2/O/sub 3//AllnN /GaN MOSHEMT

InAlN/GaN is a new heterostructure system for HEMTs with thin barrier layers and high channel current densities well above 1 A/mm. To improve the leakage characteristics of such thin-barrier devices, AlInN/GaN MOSHEMT devices with a 11 nm InAlN barrier and an additional 5 nm Al₂O₃ barrier (deposited by ALD) were fabricated and evaluated. Gate leakage in reverse direction could be reduced by one order of magnitude and the forward gate voltage swing increased to 4 V without gate breakdown. Compared to HEMT devices of similar geometry, no degradation of the current gain cutoff frequency was observed. The results showed that InAlN/GaN FETs with high channel current densities can be realised with low gate leakage characteristics and high structural aspect ratio by insertion of a thin Al₂O ₃ gate dielectric layer     

InAlN/AlN/GaN HEMT电学特性仿真与分析

研究了一种新型GaN基HEMT结构,即InAlN/AlN/GaN异质结层结构,并对其直流特性以及频率特性进行了仿真。通过理论分析,结合TCAD软件,与常规AlGaN/AlN/GaNHEMT进行对比。对栅长为1μm的器件进行仿真,结果表明,器件的最大跨导为450mS/mm,最大电流密度为2A/mm,电流增益截止频率fT=15GHz,最高振荡频率fmax=35GHz。     

Growth and fabrication of AlGaN/GaN HEMT based on Si(1 1 1) substrates by MOCVD

AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) hetero-structures were grown on the 2-in Si (1 1 1) substrate using metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD). Low-temperature (LT) AlN layers were inserted to relieve the tension stress during the growth of GaN epilayers. The grown AlGaN/GaN HEMT samples exhibited a maximum crack-free area of 8 mm×5 mm, XRD GaN (0 0 0 2) full-width at half-maximum (FWHM) of 661 arcsec and surface roughness of 0.377 nm. The device with a gate length of 1.4 μm and a gate width of 60 μm demonstrated maximum drain current density of 304 mA/mm, transconductance of 124 mS/mm and reverse gate leakage current of 0.76 μA/mm at the gate voltage of −10 V.     

InAlN/AlN/GaN HEMT器件特性研究

通过利用MOCVD生长的高质量蓝宝石衬底InAlN/AlN/GaN异质结材料,获得了高的二维电子气面密度,其值为1.65×10<'13>cm<'-2>.通过该结构制备了0.15 μm栅长InAlN/AIN/GaN HEMT器件,获得了相关的电学特性:最大电流密度为1.3A/mm,峰值跨导为260mS/ram,电流增益截...     

N2O treatment enhancement-mode InAlN/GaN HEMTs with HfZrO2 High-k insulator

A normally-off InAlN/GaN MIS-HEMT with HfZrO₂ gate insulator was realized and investigated. By using N₂O plasma treatment beneath the gate region, 13 nm InAlN Schottky layer was oxidized to AlON_x + 4 nm InAlN Schottky layer. The strong polarization induced carriers in traditional InAlN/GaN 2 DEG quantum well was reduced for enhancement-mode operation. High-k thin film HfZrO₂ was used for gate insulator of E-mode device to further suppress gate leakage current and enhance device gate operation range. The maximum drain current of E-mode InAlN/GaN MIS-HEMT was 498 mA/mm and this value was higher than previous published InAlN/GaN E-mode devices. The measurement results of low-frequency noise also concluded that the low frequency noise is attributed to the mobility fluctuation of the channel and N₂O plasma treatment did not increase fluctuation center of gate electrode.     

标准氟离子注入实现增强型GaN基功率器件

介绍了一种直接利用离子注入机对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅下进行氟(F)离子注入的方法,成功实现了增强型HEMT器件,阈值电压从耗尽型器件的-2.6V移动到增强型器件的+1.9V.研究了注入剂量对器件性能的影响,研究发现随着注入剂量的不断增加,阈值电压不断地正向移动,但由于存在高能F离子的注入损伤,器件的正向栅极漏电随着注入剂量的增加而不断上升,阈值电压正向移动也趋于饱和.因此,提出采用在AlGaN/GaN异质结表面沉积栅介质充当能量吸收层,降低离子注入过程中的损伤,成功实现了阈值电压为+3.3 V,饱和电流密度约为200 mA/mm,同时具有一个较高的开关比109的增强型金属-绝缘层-半导体HEMT (MIS-HEMT)器件.