一种电介质/P-AlGaN叠栅增强型HEMT

为提高器件的阈值电压,提出了一种带电介质/P-AlGaN叠栅结构的增强型AlGaN/GaN HEMT。分析了器件阈值电压提高的机理,优化了电介质的介电常数和厚度。结果表明,该增强型AlGaN/GaN HEMT的阈值电压高达8.6 V。这个很高的阈值电压值能满足功率电子系统的安全性需要。     

F等离子体处理 AlGaN/GaN HEMT击穿电压和电流崩塌研究

F等离子体处理工艺被广泛的应用于 AlGaN/GaN HEMT增强型器件的研制和栅前处理工艺。本文研究了低功率F处理 AlGaN/GaN HEMT的击穿特性和电流崩塌特性。随着F处理时间的增加,饱和电流下降,阈值电压正向移动。对不同F处理时间的器件肖特基特性分析后发现,120s的F处理后器件栅泄漏电流明显减小,器件击穿电压提高,当F处理时间大于120s后,由于长时间F处理带来的损伤器件栅泄漏电流没有继续减小。采用不同偏置下的双脉冲测试对不同F处理时间的电流崩塌特性进行了研究,低功率F处理后没有发现明显的电流崩塌现象。     

复合沟道氟离子增强型AlGaN/GaN HEMT的研究

提出一种复合沟道氟离子(F-)增强型AlGaN/GaN HEMT(Hybrid-channel enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT,HCE-HEMT)新结构。该结构引入高、低浓度F-复合沟道,其中高浓度F-注入区位于沟道靠近源漏两端以调制阈值电压,获得增强型器件;低浓度F-区位于沟道中部以调制肖特基栅电极的正向开启电压,增加器件承受的栅电压摆幅,但它对其下方二维电子气的耗尽作用很弱。同时,高浓度区只占栅长的40%,减轻高浓度F-对沟道的影响,提升器件的电流能力。利用Sentaurus软件仿真,结果显示,与传统F-增强型AlGaN/GaN HEMT相比,HCE-HEMT载流能力提高了40.3%,比导通电阻下降了23.3%,同时反向耐压仅下降了5.3%。     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。     

增强型AlGaN/GaN/AlGaN双异质结槽栅HEMT研究

为了在获得高击穿电压的同时实现增强型器件,对AlGaN/GaN/AlGaN双异质结HEMT进行了栅槽刻蚀,得到阈值电压为0.6 V的增强型HEMT。对器件特性的变化机理进行了分析,发现刻蚀引入的陷阱态使器件的击穿性能降低。采用变频电导法,定量研究了反应离子刻蚀在AlGaN/GaN/AlGaN双异质结HEMT中引入的陷阱态。研究表明,刻蚀工艺在双异质结HEMT中引入了大量的浅能级陷阱,这些陷阱的能级主要分布在0.36~0.40 eV。     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT.栅长1.2μm.源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V,ft和,fmax分别为5.2和9.3GHz.比较刎蚀前后的肖特基,Ⅰ-Ⅴ特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在.深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT. 栅长1.2μm,源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V, ft和fmax分别为5.2和9.3GHz. 比较刻蚀前后的肖特基I-V特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在. 深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

1400 V/240 mΩ增强型硅基p-GaN栅结构AlGaN/GaN HEMT器件

基于硅基p-GaN/AlGaN/GaN异质结材料结构,研制了一款横向结构的高压增强型GaN高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)器件。通过采用自对准栅刻蚀与损伤修复技术以及低温无金欧姆合金工艺实现了较低的导通电阻,并借助于叠层介质钝化和多场板峰值抑制技术提升了器件的击穿特性。测试结果表明,所研制GaN器件的阈值电压为1.95 V(V_GS=V_DS,I_DS=0.01 mA/mm),导通电阻为240 mΩ(V_GS=6 V,V_DS=0.5 V),击穿电压高于1 400 V(V_GS=0 V,I_DS=1μA/mm),彰显了硅基p-GaN栅结构AlGaN/GaN HEMT器件在1 200 V等级高压应用领域的潜力。     

一种P-GaN栅极结合槽栅技术的增强型HEMT

为了得到高击穿电压、高阈值电压的增强型GaN器件,提出了一种P型掺杂GaN(P-GaN)栅极结合槽栅技术的AlGaN/GaN/AlGaN双异质结结构。该器件的阈值电压高达3.4 V,击穿电压达738 V。利用Sentaurus TCAD进行仿真,对比了传统P-GaN栅与P-GaN栅结合槽栅的AlGaN/GaN/AlGaN双异质器件的阈值电压和耐压。结果表明,栅槽深度在5~13 nm范围内变化时,阈值电压随栅槽深度的增大而增大,击穿电压随栅槽深度的增大呈先增大后略减小;导通电阻随槽栅深度的增大而增大,最小导通电阻为11.3 Ω·mm。     

High-performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMTs using fluoride-based plasma treatment

We report a novel approach in fabricating high-performance enhancement mode (E-mode) AlGaN/GaN HEMTs. The fabrication technique is based on fluoride-based plasma treatment of the gate region in AlGaN/GaN HEMTs and post-gate rapid thermal annealing with an annealing temperature lower than 500/spl deg/C. Starting with a conventional depletion-mode HEMT sample, we found that fluoride-based plasma treatment can effectively shift the threshold voltage from -4.0 to 0.9 V. Most importantly, a zero transconductance (g/sub m/) was obtained at V/sub gs/=0 V, demonstrating for the first time true E-mode operation in an AlGaN/GaN HEMT. At V/sub gs/=0 V, the off-state drain leakage current is 28 /spl mu/A/mm at a drain-source bias of 6 V. The fabricated E-mode AlGaN/GaN HEMTs with 1 /spl mu/m-long gate exhibit a maximum drain current density of 310 mA/mm, a peak g/sub m/ of 148 mS/mm, a current gain cutoff frequency f/sub T/ of 10.1 GHz and a maximum oscillation frequency f/sub max/ of 34.3 GHz.     

X波段大功率GaN HEMT的研制

在研制了AlGaN/GaN HEMT外延材料的基础上,采用标准工艺制作了2.5mm大栅宽AlGaN/GaNHEMT。直流测试中,Vg=0V时器件的最大饱和电流Ids可达2.4A,最大本征跨导Gmax为520mS,夹断电压Voff为-5V;通过采用带有绝缘层的材料结构及离子注入的隔离方式,减小了器件漏电,提高了击穿电压,栅源反向电压到-20V时,栅源漏电在10-6A数量级;单胞器件测试中,Vds=34V时,器件在8GHz下连续波输出功率为16W,功率增益为6.08dB,峰值功率附加效率为43.0%;2.5mm×4四胞器件,在8GHz下,连续波输出功率42W,功率增益8dB,峰值功率附加效率34%。     

用于功率变换的高击穿增强型AlGaN/GaN HEMTs

首次采用CF4等离子体技术实现可用于功率变换的增强性AlGaN/GaN功率器件。实验结果表明,当AlGaN/GaN器件经功率150W和时间150s等离子体轰击后,器件阈值电压从-4V被调制约为0.5V,表现为增强型。当漂移区LGD从5μm增加到15μm,器件的击穿电压从50V迅速增大到400V,电压增幅达350V。采用长度为3μm源场板结构将器件击穿电压明显地提高,击穿电压增加约为475V,且有着比硅基器件更低的比导通电阻,约为2.9mΩ.cm2。器件模拟结果表明,因源场板在远离栅边缘的漂移区中引入另一个电场强度为1.5MV/cm的电场,从而有效地释放了存在栅边缘的电场,将高达3MV/cm的电场减小至1MV/cm。微波测试结果表明,器件的特征频率fT和最大震荡频率fMAX随Vgs改变,正常工作时两参数均在千兆量级。栅宽为1mm的增强型功率管有较好的交直流和瞬态特性,正向电流约为90mA。故增强型AlGaN/GaN器件适合高压高频大功率变换的应用。     

A high-performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT

An enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT with a threshold voltage of 0.35 V was fabricated by fluorine plasma treatment.The enhancement-mode device demonstrates high-performance DC characteristics with a saturation current density of 667 mA/mm at a gate bias of 4 V and a peak transconductance of 201 mS/mm at a gate bias of 0.8 V.The current-gain cut-off frequency and the maximum oscillation frequency of the enhancement-mode device with a gate length of μm are 10.3 GHz and 12.5 GHz,respectively,which is comparable with the depletion-mode device.A numerical simulation supported by SIMS results was employed to give a reasonable explanation that the fluorine ions act as an acceptor trap center in the barrier layer.     

高阈值电压低界面态增强型Al2O3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10¹¹ cm^-2)。     

Design and simulation of a novel E-mode GaN MIS-HEMT based on a cascode connection for suppression of electric field under gate and improvement of reliability

We proposed a novel AlGaN/GaN enhancement-mode (E-mode) high electron mobility transistor (HEMT) with a dual-gate structure and carried out the detailed numerical simulation of device operation using Silvaco Atlas. The dual-gate device is based on a cascode connection of an E-mode and a D-mode gate. The simulation results show that electric field under the gate is decreased by more than 70% compared to that of the conventional E-mode MIS-HEMTs (from 2.83 MV/cm decreased to 0.83 MV/cm). Thus, with the discussion of ionized trap density, the proposed dual-gate structure can highly improve electric field-related reliability, such as, threshold voltage stability. In addition, compared with HEMT with field plate structure, the proposed structure exhibits a simplified fabrication process and a more effective suppression of high electric field.     

0.15μm GaN HEMT及其应用

报道了毫米波应用的0.15μm场板结构GaN HEMT。器件研制采用了76.2mm(3英寸)SiC衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料由MOCVD技术生长并引入了掺Fe GaN缓冲层技术以提升器件击穿电压。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束光刻实现,并采用栅挖槽技术来控制器件夹断电压。研制的2×75μm栅宽GaN HEMT在24V工作电压、35GHz频率下的负载牵引测试结果显示其输出功率密度达到了4W/mm,对应的功率增益和功率附加效率分别为5dB和35%。采用该0.15μm GaN HEMT技术进行了Ka波段GaN功率MMIC的研制,所研制的功率MMIC在24V工作电压下脉冲工作时(100μs脉宽、10%占空比),29GHz频点处饱和功率达到了10.64W。