双栅无结型场效应晶体管的设计与优化

利用三维数值仿真工具,对双栅无结型场效应晶体管进行了数值模拟,研究了沟道掺杂浓度深度分布对晶体管性能的影响,并对比分析了当沟道长度缩小到10nm及以下时器件的电学特性。仿真结果表明,相比于沟道为均匀掺杂分布的器件,具有中间低的沟道掺杂深度分布的双栅无结型场效应晶体管具有更优的开关电流比、漏致势垒降低、亚阈值斜率等电学性能和短沟道特性。     

无结器件的单粒子辐射效应

介绍了一种新型沟道非均匀掺杂的双栅无结金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。采用Sentaurus TCAD仿真软件对不同沟道掺杂浓度(NSC)的沟道非均匀掺杂双栅无结MOSFET和传统双栅无结MOSFET进行了电特性与单粒子辐射效应对比研究,并分析了不同源端沟道掺杂与源端沟道长度(LSC)下新型双栅无结MOSFET的单粒子辐射特性。仿真结果表明,新型双栅无结MOSFET的电学特性与传统双栅无结MOSFET相差不大,但在抗单粒子辐射方面具有优良的性能,在受到单粒子辐射时,可有效降低沟道内电子-空穴对的产生概率,漏极电流与收集电荷都低于传统无结器件,同时还可以降低寄生三极管效应对器件的影响。     

高电流增益SiC BMFET功率特性的优化研究

研究了栅电流及结构参数对SiC双极模式场效应晶体管(BMFET)功率特性的影响。仿真研究的结果表明,SiC BMFET器件的开态电阻和电流增益都会随着栅电流的上升而显著下降。沟道掺杂浓度越低,沟道宽度越窄,双极模式调制器件开态电阻的效果越明显,但同时电流增益会降低。相比于单极模式SiC结型场效应晶体管(JFET),SiC BMFET可以显著提升器件的FOM优值,降低器件功率特性对结构参数的敏感度,同时降低了常关型器件的设计难度。     

采用硅平面工艺制造垂直沟道结型场效应晶体管

采用自对准和掺杂多晶硅技术制造出了一种具有新结构的垂直沟道结型场效应晶体管。因为很多沟道容易集成在单片上,这种结构适用于大功率器件。它也适用于高频器件,因为对于高频工作的两个根本的条件,即足够低的栅电阻和小的沟道长度能很容易地实现。这种器件显示出类似三极管的电流-电压特性,它由沟道杂质浓度和栅极扩散的分布所决定。为音频放大器设计的 n 型沟道,4毫米×4毫米、5520个沟道的功率场效应晶体管的典型特性是:电压放大系数为5;源-栅击穿电压为60伏;漏-栅击穿电压为200伏;在 V_(DS)=7伏时 I_(DSS)=4安。     

具有石墨烯辅助导电层的碳纳米管射频场效应晶体管

采用纯度高于99%的半导体型单壁碳纳米管分散液制备碳纳米管无序网络作为射频场效应晶体管的有源沟道材料,使用单层石墨烯作为器件源漏的辅助接触电极,研制出T型栅结构的碳纳米管射频场效应晶体管。采用石墨烯加强晶体管器件的欧姆接触,降低器件的寄生电阻和寄生电容,提高器件的高频性能。实验制备的碳纳米管射频晶体管沟道长度为90nm左右,电流增益截止频率f_T达到13.5GHz,最大振荡频率f_(max)达到10.5GHz,体现了碳纳米管在射频器件应用领域的技术潜力。     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

向微波功率领域发展的隐栅场效应晶体管(Gridistor)

多沟道面结型-栅极场效应晶体管及其优点,在1964年以隐栅场效应晶体管这个题目已被介绍过了。它包括垂直的和水平的沟道结构。它的发展为的是将场效应晶体管和双极晶体管的优点合并到同一器件中。水平沟道结构所具有的特性在功率管甚高频波段中是十分有用的;但对更高频率和更大功率领域,垂直沟道结构基本上则更为适合。然而,为了发展微波功率领域的这种结构,必须对其作一透彻的了解,以克服其缺点(即较高的栅电阻和微分漏电导等)。第一个问题的解决是将栅的几何形状加以修正,并且增加栅极的体内杂质浓度。第二个问题的解决是将源和漏的薄层电阻给以适当的梯度。于是,使用通常的工艺和普通的栅极精密度(但是要适当的栅极图形)已经得到1千兆赫以上的工作频率、f_(max)约为5千兆赫、频率-功率乘积约为5千兆赫·瓦的单片隐栅场效应晶体管。本文讨论这种器件的特点,并给出全套的实验结果。最后,对不久的将来可望实现,现在已经开始着手进行的功率范围1～2瓦、工作频率8千兆赫的器件作了概述。本文也讨论了接近隐栅场效应晶体管极限的预计结构。本文仅涉及隐栅场效应晶体管的实验部分。     

氧化锌纳米线晶体管的电学特性研究

成功制作了氧化锌纳米线沟道场效应晶体管器件,所制作器件的电学性能通过I-V测试进行了分析。使用了水浴法生长了单晶性完整的氧化锌纳米线,该纳米线被用作背栅场效应晶体管的沟道,采用光刻方式制备的器件具有良好的直流特性,进行退火后进一步改善器件的源漏接触,提高器件性能,最终制备成功的场效应晶体管显示出p型MOS的特性,其开关态电流比达到105。在Vds=2.5 V时,跨导峰值为0.4μS,栅氧电容约为0.9 fF,器件夹断电压Vth为0.6 V,沟道迁移率约为87.1 cm2/V.s,计算得到氧化锌纳米线载流子浓度ne=6.8×108 cm-3。在Vgs=0 V时,器件沟道电阻率为100Ω.cm。     

中功率砷化镓场效应晶体管

据报导,美国无线电公司采用一层掺铬的高阻砷化镓外延缓冲层作为器件有源区与单晶衬底之间的本体生长衬底之间的隔离,制出了一种革新的中功率砷化镓场效应晶体管(肖特基场效应晶体管)。据称,一个单元的器件在9千兆赫下以1分贝增益压缩,得到了高达300毫瓦的输出功率,5.2分贝的线性增益以及30％的漏极效率。三个单元的器件,在4千兆赫下以1分贝的增益压缩,实现了665毫瓦的输出功率,8分贝的线性     

新型半导体器件综述

1.砷化镓数字集成电路由晶体管原理可知,逻辑电路的本征开关速度与晶体管的电流增益带宽乘积f_T有关,即t∝1/f_T (1)对于场效应晶体管,f_T=g_m/2πC_(gs) (2)g_m为跨导,C_(gs)为栅源间电容。若场效应管工作在漏极饱和条件下(V_(ds)>V_(gs)-V_p),漏极特性方程为I_(ds)=K(V_(gs)-V_p)~2 (3)式中K=eμ_nW/2aL_g按照跨导的定义可得式中I_(ds)为漏源电流,V_p为沟道夹断电压,     

基于HfO2栅介质的Ga2O3 MOSFET器件研制

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在(010) Fe掺杂半绝缘Ga2O3同质衬底上外延得到n型β-Ga2O3薄膜材料,材料结构包括400 nm的非故意掺杂Ga2O3缓冲层和40 nm的Si掺杂Ga2O3沟道层.基于掺杂浓度为2.0×1018 cm-3的n型β-Ga2O3薄膜材料,采用原子层沉积的25 nm的HfO2作为栅下绝缘介质层,研制出Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET).器件展示出良好的电学特性,在栅偏压为8V时,漏源饱和电流密度达到42 mA/mm,器件的峰值跨导约为3.8 mS/mm,漏源电流开关比达到108.此外,器件的三端关态击穿电压为113 V.采用场板结构并结合n型Ga2O3沟道层结构优化设计能进一步提升器件饱和电流和击穿电压等电学特性.     

一种新型降低GIDL的纳米线环栅场效应晶体管

提出了一种可以有效降低环栅晶体管栅致漏极泄漏(GIDL)的新型非对称沟道介质环场效应环栅(GAA)晶体管。位于漏端附近的沟道介质环结构可有效降低载流子沿沟道方向的带间隧穿几率,从而显著改善环栅器件在关态时的栅致漏极泄漏电流情况。3D TCAD仿真结果表明,与具有真空侧墙或者一般氧化物侧墙的常规环栅器件相比,新型非对称沟道介质环晶体管静态漏电明显降低,开关比提高;栅围寄生电容、最大振荡频率(fMAX)和截止频率(fT)未受明显影响。沟道介质环厚度的增加会线性减小器件的关态电流和开态电流,但会提高器件的开关比。     

高性能量子场效应管

美国加州的Valid逻辑系统公司设计出一种场效应晶体管,外形尺寸仅有传统MOS器件的十分之一,功耗亦降低到十分之一,速度却提高10倍。新器件在结构上除源极和漏极极性相反重掺杂外和MOS晶体管相似,然而MOS器件极性一样。实际     

功率MOSFET的数值模拟

功率UMOS结构相对于功率VDMOS结构的电压限制,通过对源漏沟道区掺杂不均匀的器件进行二维和两种载流子的数值模拟进行了比较;还对两种器件表面和体内的电场分布进行了比较;预估了UMOS由Si/SiO_2界面附近高电场强度引起的碰撞电离所导致的击穿电压下降现象。     

多沟道场效应晶体管的理论和实验

提出了具有垂直沟道的平面硅多沟道场效应晶体管的理论和实验结果。包括:由于载流子的极限速度而使漏电流饱和的短沟道场效应理论;具有100和1141沟道的器件的电特性和结构的实验结果;器件的电特性同器件物理和结构的关系。估计了所研究的器件结构的频率和功率方面的极限值,采用精密的掩模底版和新的目前尚未采用的硅工艺,进一步改进未来的器件结构。     

SiN钝化对W波段AlGaN/GaN HEMT射频性能的影响

在SiC衬底上制备了栅长为110 nm、漏源间距为2μm的W波段AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMT),分析了SiN钝化对器件直流和射频特性的影响.研究发现:100 nm SiN钝化可显著提升器件的漏源饱和电流及峰值跨导,漏源饱和电流从1.27 A/mm增加至1.45 A/mm (Vgs=1 V),器件峰值跨导从300 mS/mm提升至370 mS/mm,这是由于SiN钝化显著提高了AlGaN/GaN异质结材料沟道电子浓度.此外,SiN钝化可有效抑制器件电流崩塌,显著改善器件直流回扫特性.然而,由于沟道电子浓度增大,钝化后器件中短沟效应增强,器件夹断特性变差.此外,SiN钝化后W波段AlGaN/GaN HEMTs的射频特性得到显著改善,器件的电流增益截止频率从钝化前的33 GHz提升至107 GHz,最高振荡频率从钝化前的65 GHz提升至156 GHz.     

石墨烯纳米条带场效应管及构建电路研究

本文提出一种源漏轻掺杂异质栅结构石墨烯纳米条带场效应晶体管Graphene Nano Ribbon Field-effect Transistor(HMG-LDDS-GNR-FET),采用量子力学模型,研究其电学特性.仿真结果表明,与普通石墨烯纳米场效应晶体管(C-GNRFET)相比,HMG-LDDS-GNRFET的漏电流更小、开关电流比更大,电压增益也更大.该研究结果对碳基材料场效应管器件的设计有指导意义.     

场效应管的业余测量方法

场效应管(FET)是一种不同于普通晶体管的电压—电流控制型器件,其电流传导的载流子只有电子或空穴,属于单结结构。它既有与二极管一样的PN结,又有让电流通过的沟道。电流进入沟道端称为源极(S),流出沟道端称为漏极(D),而控制通过沟道电流大小的一端称为栅极(G),表示符号见附图。场效应     

场效应晶体管输入电容低频振荡与沟道掺杂分布的关系

场效应晶体管输入电容低频振荡与沟道掺杂分布的关系＝［刊．俄］／－１９９３．２２（２）．－１５～１９肖特基势垒场效应晶体管广泛地用于一系列较高强度低频振荡设备之中。基本上有如下三种主要途径来改善肖特基势垒场效应晶体管器件的超高频噪声特性；１）使这些器件...     

易于集成的有机薄膜场效应晶体管的制备

用有机半导体并五苯作为有源层,聚四氟乙烯作为绝缘层,采用全蒸镀方式在真空室一次性制备了正装结构的有机薄膜场效应晶体管(OTFT)。薄的有机绝缘层使得器件工作在低电压下,有机薄膜场效应晶体管易于与显示像素(有机发光二极管(OLED))集成在同一个透明的刚性或者柔性衬底上。研究了有机薄膜场效应晶体管的源漏接触电阻和沟道电阻对器件性能的影响,结果表明接触电阻是影响器件性能的主要因素。在透明的玻璃衬底上实现了有机薄膜场效应晶体管对同一衬底上100μm×200μm红色有机发光二极管的驱动。