基于MOCVD再生长n+ GaN 欧姆接触工艺fT/fmax＞150/210 GHz的AlGaN/GaN HFETs器件研究

基于SiC衬底AlGaN/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AlGaN/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(Lsd)缩小至600 nm.此外, 采用自对准工艺制备了60 nm T型栅.由于器件尺寸的缩小, 在Vgs=2 V下, 器件最大饱和电流(Ids)达到2.0 A/mm, 该值为AlGaN/GaN HFETs器件直流测试下的最高值, 器件峰值跨导达到608 mS/mm.小信号测试表明, 器件fT和fmax最高值分别达到152 GHz和219 GHz.     

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。     

电流增益截止频率为236GHz的InAIN/GaN高频HEMT

研制了高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)再生长n+GaN非合金欧姆接触工艺将器件源漏间距缩小至600 nm,降低了源、漏寄生电阻,有利于改善器件的寄生效应;使用低压化学气相沉积(LPCVD)生长SiN作为栅下介质,降低了InAlN/GaN HEMT栅漏电;利用电子束光刻实现了栅长为50 nm的T型栅.此外,还讨论了寄生效应对器件fT的影响.测试结果表明,器件的栅漏电为3.8 μA/mm,饱和电流密度为2.5 A/mm,fT达到236 GHz.延时分析表明,器件的寄生延时为0.13 ps,在总延时中所占的比例为19％,优于合金欧姆接触工艺的结果.     

N极性GaN/AlGaN异质结和场效应晶体管（英文）北大核心CSCD

由于晶格的反转和随之而来的极化场的反转,N极性面氮化物材料已经成为微波功率器件应用的理想材料之一。在2英寸(1英寸=2.54cm)偏角度4H-SiC衬底上通过金属有机物化学气相沉积(MOCVD)的方法生长了N极性面GaN/AlGaN异质结材料,使用X射线衍射仪(HR-XRD)、原子力显微镜(AFM)、Raman光谱仪和扫描电子显微镜(SEM)等对材料进行了表征。结果表明,N极性面GaN/AlGaN异质结材料的二维电子气面密度和迁移率分别为0.92×1013cm^(-2)和1035cm^2/(V·s)。制备了N极性GaN/AlGaN异质结场效应晶体管(HFET)。测试结果表明,1μm栅长的n极性面GaN/AlGa NHFET器件峰值跨导为88.9mS/mm,峰值电流为128mA/mm。     

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.     

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.     

基于三氯硅烷的高质量4H-SiC多片外延生长

使用三氯硅烷(TCS)作为含氯生长源,在多片外延设备生长了高质量的4H-SiC外延材料.研究了原位预刻蚀气体HCl流量和刻蚀时间对SiC外延材料表面三角形缺陷的影响,使用光学显微镜和表面缺陷分析仪对SiC外延材料表面缺陷进行表征测试和统计,使用傅里叶红外测试仪(FTIR)和原子力显微镜(AFM)对外延材料表面形貌进行表征.结果表明,预刻蚀气体体积流量和时间对4英寸SiC外延材料表面三角形缺陷影响明显,随着HCl体积流量和时间的增加,材料表面的三角形缺陷密度先减小后增加,在HCl流量为100 mL/min、刻蚀时间为20 min时,三角形缺陷密度最低达到0.47cm-2.此外,通过调整C/Si比和载气体积流量等参数,使4英寸SiC外延材料掺杂浓度不均匀性和厚度不均匀性均得到有效改善,结果表明该外延片质量满足SiC电力电子器件的应用.     

退火气氛对p-GaN材料及其欧姆接触性能的影响

利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)制备了Mg掺杂的p-GaN外延材料,并在不同气氛下对其进行退火,系统研究了不同退火气氛对p-GaN材料性质及欧姆接触性能的影响.利用X射线衍射(XRD)、光致发光(PL)谱和原子力显微镜(AFM)对样品进行测试和表征.结果表明,不同气氛退火均能降低p-GaN材料的XRD半高宽,改善其晶体质量,并提高其迁移率;此外,相较于纯N2和纯O2,空气气氛退火的p-GaN材料的空穴浓度最高,欧姆接触性能最优,其比接触电阻率可低至4.49×10-4 Ω·cm2.分析认为:空气气氛退火减少了p-GaN中的氮空位,降低了自补偿效应;空气中的O2与H结合,抑制了H的钝化效应,提高了Mg的激活率,进而改善了p-GaN材料的欧姆接触特性.     

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.     

导致 AlGaN/GaN HEMT电学性能失效的内外因素

本文研究了不同偏置条件对AlGaN/GaN HEMT电学性能的影响。电场被认为是导致AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的外因,陷阱则是内因。AlGaN/GaN HEMT器件的退化有两部分组成：可恢复退化与不可恢复退化。AlGaN/GaN HEMT器件中原本存在的陷阱与新产生的陷阱导致可恢复退化。