多栅指AlGaN/GaN HEMT器件自热效应研究

Self-heating in multi-finger AlGaN/GaN high-electron-mobility transistors(HEMTs) is investigated by measurements and modeling of device junction temperature under steady-state operation.Measurements are carried out using micro-Raman scattering to obtain the detailed and accurate temperature distribution of the device.The device peak temperature corresponds to the high field region at the drain side of gate edge.The channel temperature of the device is modeled using a combined electro-thermal model considering 2DEG transport characteristics and the Joule heating power distribution.The results reveal excellent correlation to the micro-Raman measurements, validating our model for the design of better cooled structures.Furthermore,the influence of layout design on the channel temperature of multi-finger AlGaN/GaN HEMTs is studied using the proposed electro-thermal model, allowing for device optimization.     

Field plated 0.15μm GaN HEMTs for millimeter-wave application

SiN dielectrically-defined 0.15μm field plated GaN HEMTs for millimeter-wave application have been presented.The AlGaN/GaN hetero-structure epitaxial material for HEMTs fabrication was grown on a 3-inch SiC substrate with an Fe doped GaN buffer layer by metal-organic chemical deposition.Electron beam lithography was used to define both the gate footprint and the cap of the gate with an integrated field plate.Gate recessing was performed to control the threshold voltage of the devices.The fabricated GaN HEMTs exhibited a unit current gain cut-off frequency of 39 GHz and a maximum frequency of oscillation of 63 GHz.Load-pull measurements carried out at 35 GHz showed a power density of 4 W/mm with associated power gain and power added efficiency of 5.3 dB and 35%,respectively,for a 0.15 mm gate width device operated at a 24 V drain bias.The developed 0.15μm gate length GaN HEMT technology is suitable for Ka band applications and is ready for millimeter-wave power MMICs development.     

采用注入隔离制造的AlGaN/GaN HEMTs器件

对Al Ga N/Ga N HEMT器件采用离子注入技术注入氦离子进行隔离,应用该技术制造出的器件在室温下具有很好的特性.器件的阈值电压在- 3V左右时,源漏间电流为几十n A.肖特基势垒的反向漏电流在- 1 0 V下约为几百n A.与采用干法刻蚀技术进行隔离的器件相比,采用离子注入技术不但可以获得全平面化的HEMTs器件而且还有效地抑制了场区漏电.研究还表明氦离子注入的温度稳定性大于70 0℃.     

采用注入隔离制造的AlGaN/GaN HEMTs器件

对AlGaN/GaN HEMT器件采用离子注入技术注入氦离子进行隔离,应用该技术制造出的器件在室温下具有很好的特性.器件的阈值电压在-3V左右时,源漏间电流为几十nA.肖特基势垒的反向漏电流在-10V下约为几百nA.与采用干法刻蚀技术进行隔离的器件相比,采用离子注入技术不但可以获得全平面化的HEMTs器件而且还有效地抑制了场区漏电.研究还表明氦离子注入的温度稳定性大于700℃.     

高性能1mm AlGaN/GaN功率HEMTs研制

报道了基于蓝宝石衬底的高性能1mm AlGaN/GaN HEMTs功率器件.为了提高微波功率器件性能,采用新的欧姆接触和新型空气桥方案.测试表明,器件电流密度为0.784A/mm,跨导197mS/mm,击穿电压大于40V,截止态漏电较小,1mm栅宽器件的单位截止频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz,功率增益为11dB,功率密度为1.2W/mm,PAE为32%,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

2.4um源漏间距的高性能AlGaN/GaN HEMTs

本文报道了具有2.4um源漏间距的AlGaN/GaN HEMTs。这是目前利用国内材料和工艺制作的最小源漏间距的AlGaN/GaN HEMTs。本文还详细比较了源漏间距2.4um和4um器件的电特性。相比之下,2.4um源漏间距AlGaN/GaN HEMTs的漏电流、跨导、增益、输出功率和效率明显提高,更具意义的是器件的最大震荡频率有较大提高。     

AlGaN/GaN共栅共源HEMTs器件

研究了蓝宝石衬底AlGaN／GaN共栅共源器件的特性。该器件包括栅长0．8μm共源器件与栅长1μm的共栅器件。研究表明,共栅共源器件的第二栅压对的器件饱和电流与跨导有明显的调制作用,容易实现功率增益控制。与共源器件相比,共栅共源器件在微波特性上fT大约9GHz,比共源器件稍小,但是具有较低的反馈,显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗,与共源器件相比,稳定性更好,可以避免振荡的产生,结合GaN的高功率特性GaN共栅共源器件非常适合微波频段宽频大功率领域的应用。     

UV/Ozone 表面处理对AlGaN/GaN HEMTs 性能的影响

工艺过程中对晶圆表面处理对制作出高性能的AlGaN/GaN HEMT起到至关重要的作用,洁净的表面能够有效提高器件性能以及器件可靠性。本文发现通过UV/Ozone表面处理,AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触以及肖特基接触的电学特性均发生明显变化,根据实验中现象以及相关实验数据,并且采用X射线光电子能谱对实验样品进行表面分析测试,着重阐述了UV/Ozone处理对晶圆表面的作用,以及其影响AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触特性以及肖特基接触特性的原因。     

X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25μm栅长带有Γ栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,对比T型栅结构器件,研究了Γ栅场板引入对器件直流、小信号及微波功率特性的影响。结果表明,Γ栅场板结构减小器件截止频率及振荡频率,但明显改善器件膝点电压和输出功率密度。针对场板长度分别为0.4、0.7、0.9、1.1μm,得出一定范围内增加场板长度,器件输出功率大幅度提高,并结合器件小信号模型提参结果分析原因。在频率8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度0.9μm的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率（PAE）35.31%,相应线性增益10.25 dB。     

X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25 μm栅长带有r栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,设计场板(field plate)长度为0.4 μm,0.6μm,0.7μm,0.9μm.研究了r栅场板长度及不同漏偏压下对器件直流,小信号特性及大信号的影响.器件直流I-V及转移特性并不依赖场板长度变化,增加场板长度器件击穿电压提高可达108 V,器件截止频率及振荡频率下降,输出功率大幅度提高,结合器件小信号提参结果分析.8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度为0.9 μm的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率(PAE)35.31%,相应线性增益10.25 dB.     

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取.测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性.     

钝化前表面预处理对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响

提出一种新的钝化技术--采用盐酸和氢氟酸混合预处理溶液(HF:HCI:H2O=1:4:20)对AIGaN/GaNHEMTs进行表面预处理后冉淀积Si3N4钝化,研究了新型钝化技术对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响并分析其机理.与用常规方法钝化的器件相比,经过表面顶处理再钝化,成功地抑制了 AIGaN/GaN HEMTs肖特基特性的恶化,有效地增强抑制电流崩塌效应的能力,将GaN基HEMTs的输出功率密度提高到5.2W/mm,并展现良好的电学可靠性.通过X射线光电子谱(XPS)检测预处理前后的AIGaN表面,观察到经过预处理后的AIGaN表面氧元素的含量大幅度下降.表面氧元素的含量下降,能有效地降低表面态密度和表面电荷陷阱密度,被认为是提高AIGaN/GaN HEMTs性能的主要原因.     

钝化前表面预处理对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响

提出一种新的钝化技术--采用盐酸和氢氟酸混合预处理溶液(HF:HCI:H2O=1:4:20)对AIGaN/GaNHEMTs进行表面预处理后冉淀积Si3N4钝化,研究了新型钝化技术对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响并分析其机理.与用常规方法钝化的器件相比,经过表面顶处理再钝化,成功地抑制了 AIGaN/GaN HEMTs肖特基特性的恶化,有效地增强抑制电流崩塌效应的能力,将GaN基HEMTs的输出功率密度提高到5.2W/mm,并展现良好的电学可靠性.通过X射线光电子谱(XPS)检测预处理前后的AIGaN表面,观察到经过预处理后的AIGaN表面氧元素的含量大幅度下降.表面氧元素的含量下降,能有效地降低表面态密度和表面电荷陷阱密度,被认为是提高AIGaN/GaN HEMTs性能的主要原因.     

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.     

采用ALD Al2O3作为栅介质的薄势垒增强型AlGaN/GaN MIS-HEMT

本文报道了高性能的增强型（E-mode）氮化镓（GaN）基金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）,该器件势垒层为5-nm厚的铝镓氮（Al0.3Ga0.7N）,并采用氮化硅（SiN）钝化来控制二维电子气（2DEG）密度。与SiN钝化不同,采用原子层淀积（ALD）技术生长的氧化铝（Al2O3）不会增强异质结中的2DEG密度。刻蚀栅区的SiN介质可以耗尽沟道电子,之后采用ALD Al2O3作为栅介质,可以实现MIS结构。栅长为1 μm的E-mode MIS-HEMT具有657mA/mm的最大饱和电流（IDS）、187mS/mm的最大跨导（gm）和1V的阈值电压（Vth）。与相应的E-mode HEMT对比,由于Al2O3栅介质的引入,使器件的性能得到了很大的提升。本文对于同时实现高的Vth和IDS提供了很好的方法。     

AlGaN/GaN HEMT器件的研制

介绍了AlGaN/GaNHEMT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12 0mS/mm ,最大的漏源饱和电流密度为0 95A/mm .     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源微波HEMTs器件

报道了蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源器件的制备与特性.该器件包括栅长为0.8μm共源器件与栅长为1μm的共栅器件.实验表明,共栅器件的第二栅压会显著影响器件饱和电流与跨导特性,从而控制功率增益.与共源器件相比,共栅共源器件表现出稍低的fT、较低的反馈、显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗.     

0.25μm Gate-Length AlGaN/GaN Power HEMTs on Sapphire with fT of 77GHz

在蓝宝石衬底上用MOCVD技术生长的AlGaN/GaN结构上制作出0.25μm栅长的高电子迁移率功率晶体管. 0.25μm栅长的单指器件测到峰值跨导为250mS/mm，特征频率为77GHz. 功率器件的最大电流密度达到1.07A/mm. 8GHz频率下在片测试80×10μm栅宽器件的输出功率为27.04dBm，同时功率附加效率达到26.5%.     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源微波HEMTs器件

报道了蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源器件的制备与特性.该器件包括栅长为0.8μm共源器件与栅长为1μm的共栅器件.实验表明,共栅器件的第二栅压会显著影响器件饱和电流与跨导特性,从而控制功率增益.与共源器件相比,共栅共源器件表现出稍低的 f T、较低的反馈、显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗.     

fT为77GHz的蓝宝石衬底0.25μm栅长AlGaN/GaN高电子迁移率功率器件

在蓝宝石衬底上用MOCVD技术生长的AlGaN/GaN结构上制作出0.25μm栅长的高电子迁移率功率晶体管.0.25μm栅长的单指器件测到峰值跨导为250mS/mm,特征频率为77GHz.功率器件的最大电流密度达到1.07A/mm.8GHz频率下在片测试80×10μm栅宽器件的输出功率为27.04dBm,同时功率附加效率达到26.5%.