E/D型HEMT DCFL倒相器

<正> 一、引言为了满足超高速计算机、高速数据处理和卫星通信等高性能电子系统的迫切需要,人们一直在寻求和开发新的超高速和微波器件。利用异质界面二维电子气(2DEG)高迁移率特性的高电子迁移率晶体管(HEMT)及其IC已显示出巨大的发展潜力和广阔的应用前景。因而成为最有希望的候选者之一。以增强型(E型)HEMT为开关管、耗尽型(D型)HEMT(或饱和电阻)为负载的E/D(或E/R)型直接耦合场效应晶体管逻辑     

高电子迁移率晶体管(HEMT)

<正>用N-Al_xGa_(1-x)As/GaAs异质结构材料制造的高电子迁移率晶体管(HEMT),由于利用了异质结界面二维电子气的高电子迁移率等特点,较好地处理了GaAs MESFET技术中有源层内杂质散射与电子迁移率的矛盾,成为目前高速半导体器件中最有前途的新军,受到广泛重视.中国科学院物理研究所分子束外延组与南京固体器件研究所为了促进我国微波通讯事业等的发展,决定联合试制HEMT.现已获得初步实验结果:器件最大跨导值已超过100mS/mm,并进行了微波性能测试.     

具有高击穿电压的AlN背势垒AlGaN/GaN/AlN HEMT材料

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上制备了1.2μm厚的AlN背势垒的AlGaN/GaN/AlN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其AlGaN势垒层表面粗糙度(RMS)、二维电子气(2DEG)迁移率以及HEMT材料的弯曲度都较为接近于常规的高阻GaN背势垒结构的HEMT材料。由于AlN晶格常数较小,具有AlN背势垒的HEMT材料受到了更大的压应力。通过对比分析两种HEMT材料所制备的器件发现,受益于AlN背势垒层更高的禁带宽度和临界电场,由AlN背势垒HEMT材料所制备的器件三端关态击穿电压为常规高阻GaN背势垒HEMT器件的1.5倍,缓冲层漏电流则较常规高阻GaN背势垒HEMT器件低2～3个数量级。     

4 W/mm蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

报道了利用南京电子器件研究所生长的蓝宝石衬底AlGaN/GaN异质结材料制作的HEMT,器件功率输出密度达4W/mm。通过材料结构及生长条件的优化,利用MOCVD技术获得了二维电子气(2DEG)面密度为0.97×1013cm-2、迁移率为1000cm2/Vs的AlGaN/GaN异质结构材料,用此材料完成了栅长1μm、栅宽200μm AlGaN/GaN HEMT器件的研制。小信号测试表明器件的fT为17GHz、最高振荡频率fmax为40GHz;负载牵引测试得到2GHz下器件的饱和输出功率密度为4.04W/mm。     

GaN基HEMT器件特性建模及表征方法研究

目前,GaN基HEMT器件以其优越的性能而受到广泛的关注.在器件结构的设计中,器件的尺寸、材料的物理参数都严重影响GaN基HEMT器件的优越性能.基于器件仿真软件ISE-TCAD,本文研究了器件各部分的尺寸、各种材料的物理参数对器件沟道中二维电子气(2DEG)密度、器件直流特性等参数的影响.结果表明器件沟道中的二维电子...     

高电子迁移率晶体管材料结构的制备及分析

针对高电子迁移率晶体管(HEMT)器件,分析了双δ掺杂 GaAs HEMT的结构组成,基于固源分子束外延方法制备了双δ掺杂 GaAs HEMT的缓冲层、沟道层、平面掺杂层和隔离层等多层材料结构。采用 X-ray射线衍射、透射电镜研究了多层材料的结构。范德堡霍尔测试结果表明, HEMT的2DEG测试浓度为1.82×1012 cm-3,电子迁移率大于6520 cm2·V-1·s-1。     

N-GaAs/(In,Ga)As HEMT

采用n-(AI,Ga)As/GaAs异质结构材料制作的高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波与超高速器件中已逐步成熟,并已开始出现实用化产品。 本简讯首次报导采用汽相外延方法在半绝缘GaAs衬底上生长N-GaAs/(I,Ga八s异质结构材料制作的HEMT,并已证实器件在低温下未出现陷附中心造成的异常。(国外均采用MBE生长的材料)。 所用材料结构为半绝缘GaAs衬底上汽相外延约1卜m In人a1.仲s层(X=0.15)及o.2～0.3urn N-GaAs层,(In,Ga八s层不掺杂,而GaAs层掺杂浓度约 5 x 10‘”cm-‘。为研制HEMT,采用厚度监控技术使顶部N-GaAs层减薄至1000A以内。…     

Si/Si_(1-x)Ge_x HEMT异质结层的结构与二维电子气密度的关系

从晶格匹配及能带阶跃角度讨论了设计一个 n沟 Si/Si1-x Gex HEMT异质结层的原理及方法 ,对 K.Ismail器件进行了分析和计算 ,所得 2 DEG的 ns与实验结果基本相符 ,并利用该设计理论对 K. Ismail器件的异质结结构进行了优化改进 ,提高了器件 2 DEG的 ns。     

金刚石衬底GaN HEMT研究进展

SiC衬底GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)综合了AlGaN/GaN异质结优异的输运特性与SiC衬底高导热性能,在高频、宽带、高效、大功率应用领域表现出显著的性能优势。但GaN外延材料中存在高密度的缺陷,影响了导电沟道的散热,散热问题成为影响GaN HEMT性能进一步发挥的主要障碍。本文分析了GaN外延材料高缺陷密度形成的原因,介绍了近年来国外正在开展的基于转移技术金刚石衬底GaN HEMT技术,解决GaN HEMT散热问题的研究进展。研究结果表明,基于转移技术的金刚石衬底GaN HEMT有望成为继SiC衬底GaN HEMT之后的下一代固态微波功率器件主导型器件技术。     

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。     

AlGaN器件欧姆接触的研究进展

作为制备光电子器件例如紫外光子探测器、异质结场效应晶体管(HFET)、高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结场效应管等的一种宽禁带半导体材料, III V 族氮化物AlGaN器件近年来颇受关注.AlGaN与金属之间的低阻欧姆接触的实现问题阻碍了AlGaN(基)器件的发展.通过对相关文献的归纳分析,介绍了近年来AlGaN器件在欧姆接触形成、金属化方案、合金化工艺及表面处理等方面的研究进展.     

AlGaN/GaN异质结极化行为与二维电子气

AlGaN/GaN异质结及其相关器件因其优越的电学特性成为近几年的研究热点.2DEG作为其特征与材料本身的极化现象关系密切.本文主要从晶体微观结构角度介绍AlGaN/GaN异质结极化现象的产生、机理和方向性,着重讨论极化对异质结界面处诱生的二维电子气的影响.极化不仅可提高2DEG的浓度,而且还能使其迁移率得到提高.     

应用于微波通信系统新型器件GaN HEMT研究

通过自洽求解一维泊松方程,计算了应用于微波通信系统的非故意掺杂AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的外延层结构参数对器件的二维电子气(2DEG)浓度,跨导等性能的影响.通过理论分析并结合TCAD软件最终确定AlGaN/AlN/GaN HEMT的最佳外延层结构.对栅长0.3 μm和栅宽100 μm的器件仿真结果表明,器件的最大跨导为418 mS/mm,器件的最大电流密度为2 300 mA/mm,性能良好.     

氮化物半导体电子器件的若干研究进展

近年来,氮化物半导体电子器件和材料研究有了重大的进展。在国家自然科学基金资助下,西安电子科技大学、北京大学和中科院微电子所完成了国家自然科学基金重点项目《GaN宽禁带微电子材料和器件重大基础问题研究》。致力于通过氮化物电子材料和器件的基础物理机理研究提高GaN电子材料的结晶质量和电学性能、发展新结构GaN异质结材料研究,获得高性能的GaN HEMT微波功率器件。本文主要介绍该项目在GaN微波功率HEMT和新型高k栅介质MOS-HEMT、InAlN/GaN材料的生长和物性缺陷分析以及HEMT器件研制、GaN异质结的量子输运和自旋性质研究以及GaN材料高场输运性质和耿氏器件等几个方面取得的研究进展。     

Ka波段GaN HEMT功率器件

设计了Ka波段GaN功率高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料及器件结构,采用AlN插入层提高了二维电子气(2DEG)浓度.采用场板结构提高了器件击穿电压.采用T型栅工艺实现了细栅制作,提高了器件高频输出功率增益.采用钝化工艺抑制了电流崩塌,提高了输出功率.采用通孔工艺减小源极寄生电阻,通过优化钝化层厚度减小了寄生电容,提高了器件增益.基于国产SiC外延材料及0.15 μm GaN HEMT工艺进行了器件流片,最终研制成功Ka波段GaN HEMT功率器件.对栅宽300 μm器件在29 GHz下进行了微波测试,工作栅源电压为-2.2V,源漏电压为20 V,输入功率为21 dBm时,器件输出功率为30 dBm,功率增益为9 dB,功率附加效率约为43％,功率密度达到3.3 W/mm.     

GaN基紫外光电探测器的材料制备及器件优化研究进展(续)

5 新型GaN基紫外探测器 近年来,利用GaN异质结场效应晶体管的二维电子气(2DEG)易受表面态控制的特征而兴起的GaN基HEMT探测器,其所具有的灵敏度高、响应速度快、适于极端环境等优点,为实现高性能光电探测器提供了新思路[107].此外,光电器件中的表面等离激元和表面声波(surface acoustic wave,SAW)等[108]与光子间耦合振荡导致的局部势场增强和散射效应,有效增加了探测器的光谱响应,逐渐成为探索具有高响应度、高探测率GaN光电探测器的研究热点方向.     

砷化镓高电子迁移率晶体管的贮存试验与失效分析

高电子迁移率晶体管(HEMT)能在高频(>60GHz)下工作,具有增益高和噪声系数小的优点,因而成为微波通信和高速微电子应用中的关键器件.今天,这些器件已成功地用于卫星接收器、微波振荡器、混频器和多路转换器中.文献中描述过的限制HEMT可靠性的失效机理包括:界面和陷阱相关效应、2度泄漏、欧姆与肖特基接点退化、ESD和紫斑.本文的目的是介绍通过商用晶格匹配的AlGaAs/GaAs低噪声HEMT的无偏压贮存试验来鉴别的失效机理。     

具有栅源间本征GaN调制层的AlGaN/GaN HEMT

为解决常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)因源极电子注入栅极右侧高场区造成的雪崩击穿,并提高器件的击穿电压,提出了一种具有栅源间本征GaN (i-GaN)调制层的新型AlGaN/GaN HEMT结构.新结构器件在反向耐压时将调制层下方部分区域的二维电子气(2DEG)完全耗尽,扩展了沟道的夹断区,有效阻止了源极电子向栅极右侧高场区的注入.仿真结果表明,通过设置适当的调制层长度和厚度,器件的击穿电压可从常规结构的862 V提升至新结构的1086 V,增幅达26％.同时,GaN调制层会微幅增大器件的比导通电阻,对阈值电压也具有一定的提升作用.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaN HEMT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.     

HEMT电子迁移率与器件参数关系

本文计算了调制掺杂Ga_(1-x)Al_xA_3-GaAs异质结2DEG场效应晶体管(HEMT)电离中心散射电子迁移率μ_1.给出了μ_1与掺杂Ga_(1-x)Al_xA_s层的厚度d,掺杂浓度N_D,非掺杂的ca_(1-x)Al_xA_s层的厚度δ以及二维电子气的电荷面密度N_s的关系.