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.     

高频功率AlGaN/GaN HEMT 的栅结构优化

本文研究了栅帽、栅源间距对AlGaN/GaN HEMT性能的影响。基于研究结果得出了优化高频功率AlGaN/GaN HEMT栅结构的方法。缩小栅场板可以有效提高器件的增益、截止频率（ft）、最大震荡频率（fmax）。通过减小栅场板长度,栅长0.35 器件的ft达到了30GHz、fmax达到了80GHz。采用tao型栅（栅帽偏向源侧）或者增加栅金属厚度还可以进一步优化 。缩小栅源的距离可以提高饱和漏电流和击穿电压,从而提高器件的输出功率。     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研制

为了提高AlGaN/GaN HEMT的频率,采用了缩小源漏间距、优化栅结构和外围结构等措施设计了器件结构,并基于国内的GaN外延片和工艺完成了器件制备.测试表明所研制的AlGaN/GaN HEMT可以满足Ka波段应用.其中2×75μm栅宽AlGaN/GaN HEMT在30V漏压下的截止频率为32GHz,最大振荡频率为1...     

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．     

具有场板结构的AlGaN/GaN HEMT的直流特性

研制成功具有场板结构的AIGaN/GaN HEMT器件,对源场板、栅场板器件的性能进行了分析.场板的引入减小了器件漏电和肖特基漏电,提高了肖特基反向击穿电压.源漏间距4靘的HEMT的击穿电压由常规器件的65V提高到100V以上,肖特基反向漏电由37霢减小到5.7霢,减小了一个量级.肖特基击穿电压由常规结构的78V提高到100V以上.另外,还初步讨论了高频特性.     

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为10 35 cm2 /(V·s) ,二维电子气浓度为1.0×10 1 3cm- 2 ,77K迁移率为2 6 5 3cm2 /(V·s) ,二维电子气浓度为9.6×10 1 2 cm- 2 的Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm )的室温非本征跨导为186 m S/m m,最大漏极饱和电流密度为92 5 m A/m m,特征频率为18.8GHz.     

RF-MBE生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管特性

用射频分子束外延技术研制出了室温迁移率为1035cm2/(V·s),二维电子气浓度为1.0×1013cm-2,77K迁移率为2653cm2/(V·s),二维电子气浓度为9.6×1012cm-2的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管材料.用此材料研制的器件(栅长为1μm,栅宽为80μm,源-漏间距为4μm)的室温非本征跨导为186mS/mm,最大漏极饱和电流密度为925mA/mm,特征频率为18.8GHz.     

MBE生长的跨导为186 mS/mm的AlGaN/GaN HEMT

用分子束外延 ( MBE)技术研制出了 Al Ga N/Ga N高电子迁移率晶体管 ( HEMT)材料 ,其室温迁移率为 10 35cm2 /V· s、二维电子气浓度为 1.0× 10 13 cm - 2 ;77K迁移率为 2 6 53cm2 /V· s、二维电子气浓度为 9.6× 10 12 cm- 2 。用此材料研制了栅长为 1μm、栅宽为 80μm、源 -漏间距为 4μm的 Al Ga N/Ga N HEMT,其室温最大非本征跨导为 186 m S/mm、最大漏极饱和电流密度为 92 5m A/mm、特征频率为 18.8GH z。另外 ,还研制了具有 2 0个栅指 (总栅宽为 2 0× 80μm =1.6 mm )的大尺寸器件 ,该器件的最大漏极饱和电流为 1.33A。     

增强型AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

随着高压开关和高速射频电路的发展,增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)成为该领域内的研究热点。增强型GaN基HEMT只有在加正栅压才有工作电流,可以大大拓展该器件在低功耗数字电路中的应用。近年来,国内外对增强型GaN基HEMT阈值电压的研究主要集中以下两个方面:在材料生长方面,通过生长薄势垒、降低Al组分、生长无极化电荷的AlGaN/GaN异质材料、生长InGaN或p-GaN盖帽层,来控制二维电子气浓度;在器件工艺方面,采用高功函数金属、MIS结构、刻蚀凹栅、F基等离子体处理,来控制表面电势,影响二维电子气浓度。从影响器件阈值电压的相关因素出发,探讨了实现和优化增强型GaN基HEMT的各种工艺方法和发展方向。     

温度对AlGaN/GaN HEMT电学性能的影响

研究了蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT器件直流和微波性能随温度的变化。研究结果表明,器件直流性能随着温度升高逐渐下降,350°C时直流性能依然良好,从350°C冷却到室温后,器件直流特性除欧姆接触电阻改善外,其他都得到了恢复;微波测试表明,器件fT,fmax都随温度升高而下降,180°C时,fT从室温的11.6GHz下降为7.5GHz、fmax从24.6GHz下降为19GHz,通过外推得到350°C时的fT为3.5GHz,fmax为12GHz。证明了AlGaN/GaN HEMT具有良好的热稳定性,适合在高温下进行高频工作。     

一种新的兼容栅偏源结构AlGaN/GaN HEMT的小信号模型

本文提出了一种新的AlGaN/GaN HEMT小信号模型,此模型可在20GHz以内对栅偏源结构HEMT进行精确模拟。模型中的寄生参数由零偏及截止两种偏置下的S参数来决定,本征部分采用直接提取的方式得出。本模型中的所有参数及比例系数均由器件结构决定,并不涉及任何优化算法,因而保证了模型参数值与物理意义的统一。     

中文题目：考虑共面波导电容的AlGaN/GaN HEMTs小信号建模研究

Given the coplanar waveguide(CPW) effect on AlGaN/GaN high electron mobility transistors at a high frequency, the traditional equivalent circuit model cannot accurately describe the electrical characteristics of the device. The admittance of CPW capacitances is large when the frequency is higher than 40 GHz; its impact on the device cannot be ignored. In this study, a small-signal equivalent circuit model considering CPW capacitance is provided. To verify the model, S-parameters are obtained from the modeling and measurements. A good agreement is observed between the simulation and measurement results, indicating the reliability of the model.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

Effect of fluorine interface redistribution on performance of AlGaN/GaN HEMTs

The effect of fluorine interface redistribution on dc and microwave performances of SF₆ plasma-treated AlGaN/GaN high-electron mobility transistors (HEMTs) was investigated. Selective SF₆ plasma treatment of the AlGaN/GaN HEMT gate interface yielded increases in the current gain cut-off frequency (f_T) and maximum frequency of oscillation (f_max) of almost 60%. Annealing induced fluorine interface redistribution showed a low impact on the electron drift mobility and a negligible impact on the peak transconductance of the HEMTs. A large impact of the fluorine interface redistribution was observed for the threshold voltage and sheet carrier concentration of two-dimensional electron gas (2DEG). Consequently, it led to a decrease in the f_T and f_max values, but the values were still higher than those of conventional reference HEMTs.     

Effects of rapid thermal annealing on ohmic contact of AlGaN/GaN HEMTs

工艺制作源漏电极为Ti/Al/Ti/Au,并在氮气气氛中对其进行快速退火,研究不同退火条件对欧姆接触的影响。具体实验过程如下：将溅射好源漏电极的外延片分为5部分,其中3片分别在700℃,750℃和800℃下快速退火30s,并相互对比得出最佳退火温度,实验结果发现750℃条件下欧姆接触最好;其余2片在750℃下分别退火25s和40s,并与前边实验750℃ 30s情况下欧姆接触比较,得出最佳退火时间为30s。我们使用传输线模式计算出电极与外延片的欧姆接触电阻率,在750℃ 30s的快速退火条件下得到最低欧姆接触电阻率为0.54 Ω mm,与其余条件下结果比较具有较好的表面形貌和边缘。从实验中我们也得到随着退火温度和退火时间的提高,欧姆接触电阻率先降低到达最低点然后开始升高的现象,为寻找GaN HEMT欧姆接触最佳条件提供了一定依据。     

磁控溅射AlN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压。在8GHz、55V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56dB和39.2%。     

一种新的AlGaN/GaN HEMT小信号模型与提参方法

为得到GaN HEMT器件的小信号等效电路,在传统的GaAs HEMT小信号模型的基础上引入了反应栅漏电流的反馈电阻RIgs,RIgd,并在此基础上引入分布式设计对小信号等效电路模型进一步改进,建立了19元件（20参数）的小信号等效电路拓扑结构．根据此模型提供了一套稳定的直接提参方法,结果表明新的模型系统具有简单、适应频率、偏压范围广、稳定性好和精度高等特点．相比于传统的集总模型能适应更高的频率范围,对器件品质和测量环境要求不高,有更强的稳定性．     

AlN阻挡层对AlGaN/GaNHEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

Physics-based numerical simulation and device characterizations of AlGaN/GaN HEMTs with temperature effects

The research presents AlGaN/GaN HEMTs device characterizations at different temperatures using physics-based numerical simulation. Industry standard simulation tool Silvaco ATLAS is used to characterize the various electronic properties of the device. An extensive theoretical overview is done to achieve the most comprehensive values for GaN and AlGaN properties, as discussed in the paper. This research is mainly focused on simulation of temperature dependent device performances as well as on some other material properties that are not well defined in ATLAS. Energy bandgap, density of states, saturation velocities, surface traps, polarization effect, carrier lifetime and mobility, permittivity, effective Richardson's constant, and donor and acceptor energy levels are considered as critical parameters for predicting temperature effect in ALGaN/GaN HEMT. Various aspects of device performance are analyzed at high temperature along with the different bias configurations.     

掺杂AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

对不同掺杂浓度AlGaN/GaN HEMTs施加直流偏置应力,研究掺杂AlGaN/GaN HEMTs电流崩塌效应.实验表明,掺杂AlGaN势垒层对器件电流崩塌效应有明显的抑制作用,随着掺杂浓度增加,掺杂对电流崩塌效应的抑制作用越显著.这是因为对于掺杂AlGaN/GaN HEMT,表面态俘获电子将耗尽掺杂AlGaN层,从而能对2DEG起屏蔽作用.AlGaN体内杂质电离后留下正电荷也能进一步屏蔽表面态对沟道2DEG的影响.