钝化处理对GaN基LED反向漏电流特性的改善

通过采用硫代乙酰胺(CH3CSNH2)溶液浸泡和沉积SiNx薄膜对干法刻蚀后的GaN基LED进行了处理.处理后,LED器件在-5V直流电压偏置下的漏电流下降到约1/6.X射线光电子能谱(XPS)分析结果表明,CH3CSNH2溶液处理能阻止GaN表面吸附O杂质,起到钝化的作用.沉积SiNx介质薄膜能有效隔绝LED器件和周围的环境.因此,这种两步方法能钝化干法刻蚀后GaN的侧壁,有效地减小LED器件的漏电流.     

GaN E-D HEMT集成逻辑门电路特性研究

基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的高质量AlGaN/GaN异质结构材料,采用选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN增强型/耗尽型(E/D)HEMT器件的集成,应用直接耦合场效应管逻辑(DCFL)设计并研制GaN E/D HEMT集成逻辑门电路。通过对GaN E/D器件性能以及逻辑门电路性能的分析讨论,研究了GaN E/D器件性能对逻辑门电路性能的影响。同时还对选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN E/D器件存在的问题进行了分析讨论。     

具有栅介质电场屏蔽作用的新型GaN纵向槽栅MOSFET器件设计

基于氮化镓(GaN)等宽禁带(WBG)半导体的金氧半场效应晶体管(MOSFET)器件在关态耐压下,栅介质中存在与宽禁带半导体临界击穿电场相当的大电场,致使栅介质在长期可靠性方面受到挑战。为了避免在GaN器件中使用尚不成熟的p型离子注入技术,提出了一种基于选择区域外延技术制备的新型GaN纵向槽栅MOSFET,可通过降低关态栅介质电场来提高栅介质可靠性。提出了关态下的耗尽区结电容空间电荷竞争模型,定性解释了栅介质电场p型屏蔽结构的结构参数对栅介质电场的影响规律及机理,并通过权衡器件性能与可靠性的关系,得到击穿电压为1 200 V、栅介质电场仅0.8 MV/cm的具有栅介质长期可靠性的新型GaN纵向槽栅MOSFET。     

GaN基MFS结构C-V特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在n型GaN衬底上制备了PZT铁电薄膜及其相应的金属-铁电体-半导体(MFS)结构,测量了该MFS结构的C-V特性,从理论上分析了所制备的MFS结构的阈值特性.阈值电压的实验与理论分析结果吻合较好.采用PZT铁电薄膜作为GaN基MFS结构的栅介质,利用其高介电常数和较强的极化电场可以显著降低GaN基MFS器件的工作电压.     

MOS AlGaN/GaN HEMT研制与特性分析

研制出在蓝宅石衬底上制作的MOS AIGaN/GaN HEMT.器件栅长1um,源漏间距4um,采用电子束蒸发4nm的Si02做栅介质.在4V栅压下器件饱和电流达到718mA/mm,最大跨导为172mS/mm,ft和fmax分别为8.1和15.3GHz.MOS HEMT栅反向泄漏电流与未做介质层的肖特基栅相比,在反偏10V时由2.1×10-8mA/mm减小到8.3×10-9mA/mm,栅漏电流减小2个数量级.MOS AIGaN/GaN HEMT采用薄的栅介质层,在保证减小栅泄漏电流的同时未引起器件跨导明显下降.     

提高GaN功率器件开关频率的技术途径

GaN基增强型高速开关器件是提升X波段微系统集成放大器工作效率的核心器件.介绍了凹槽栅结构、F-注入等制作GaN基增强型器件的关键技术,同时分析了场板、介质栅等对器件击穿特性的影响.针对影响GaN基功率器件开关特性的主要因素,重点分析了提高增强型GaN基功率器件开关频率的主要技术途径.减小器件的接触电阻、沟道方块电阻可以降低器件电阻对频率的影响.小栅长器件中栅电容较低,电子的沟道渡越时间较短,也可以提高器件的频率特性.此外,由于GaN基的功率器件频率高,设计应用在GaN器件上的栅驱动电路显得尤为重要.     

MOS AlGaN/GaN HEMT研制与特性分析

研制出在蓝宅石衬底上制作的MOS AIGaN/GaN HEMT.器件栅长1um,源漏间距4um,采用电子束蒸发4nm的Si02做栅介质.在4V栅压下器件饱和电流达到718mA/mm,最大跨导为172mS/mm,ft和fmax分别为8.1和15.3GHz.MOS HEMT栅反向泄漏电流与未做介质层的肖特基栅相比,在反偏10V时由2.1×10-8mA/mm减小到8.3×10-9mA/mm,栅漏电流减小2个数量级.MOS AIGaN/GaN HEMT采用薄的栅介质层,在保证减小栅泄漏电流的同时未引起器件跨导明显下降.     

fmax为30.8GHz的超薄Al2O3绝缘栅GaN MOS-HEMT器件

报道了一种利用原子层淀积(ALD)生长超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为 3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,特征频率和最高振荡频率分别为10.1和30.8GHz.     

fmax为30.8GHz的超薄Al2O3绝缘栅GaN MOS-HEMT器件

报道了一种利用原子层淀积(ALD)生长超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaN MOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为+3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,特征频率和最高振荡频率分别为10.1和30.8GHz.     

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.     

标准氟离子注入实现增强型GaN基功率器件

介绍了一种直接利用离子注入机对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅下进行氟(F)离子注入的方法,成功实现了增强型HEMT器件,阈值电压从耗尽型器件的-2.6V移动到增强型器件的+1.9V.研究了注入剂量对器件性能的影响,研究发现随着注入剂量的不断增加,阈值电压不断地正向移动,但由于存在高能F离子的注入损伤,器件的正向栅极漏电随着注入剂量的增加而不断上升,阈值电压正向移动也趋于饱和.因此,提出采用在AlGaN/GaN异质结表面沉积栅介质充当能量吸收层,降低离子注入过程中的损伤,成功实现了阈值电压为+3.3 V,饱和电流密度约为200 mA/mm,同时具有一个较高的开关比109的增强型金属-绝缘层-半导体HEMT (MIS-HEMT)器件.     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

溶胶-凝胶法制备Bi2O3-ZnO-Nb2O5薄膜及GaNMIS结构C-V特性

采用溶胶-凝胶法制备出高介电常数的Bi2O3-ZnO-Nb2Os(BZN)薄膜.总结出适合作为GaN金属-绝缘层-半导体场效应晶体管(MIS FET)栅介质的BZN薄膜的原料配比、烧结温度和保温时间等工艺参数,解决了原料溶解、粘稠度、浸润度等工艺问题.同时,结合半导体工艺制造出以BZN薄膜为绝缘介质的GaN MIS结构,通过测量到的高频C-V特性曲线,得到薄膜的相对介电常数为91,MIS结构的强反型电压为-3.4V,平带电压为-1.9V.     

SiNx插入层对Si衬底上生长GaN薄膜晶体质量和表面形貌的影响

在Si(111)衬底上采用金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)技术外延生长GaN薄膜,对外延生长所得GaN薄膜的晶体结构和表面形貌进行表征,并研究SiNx插入层对GaN薄膜的晶体质量和表面形貌的影响.结果表明,在Si衬底上生长GaN薄膜过程中引入SiNx插入层可使GaN薄膜的(10-12)面的X-射线回摆曲线的半峰宽(FWHM)值从974.01减小到602.01arcsec;表面凹坑等缺陷减少、表面平整度提高.可见,SiNx插入层对在Si衬底上外延生长GaN薄膜的晶体质量和表面形貌有着重要的影响.     

磁控溅射AIN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10.4 W/mm的SiC衬底AIGaN/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A1N介质作为绝缘层.采用MIS结构后,器件击穿电压由80 V提高到了180 V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压.在8 GHz、55 V的工作电压下,研制的1 mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4 W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56 dB和39.2%.     

f_(max)为30.8GHz的超薄Al_2O_3绝缘栅GaN MOS-HEMT器件(英文)

报道了一种利用原子层淀积(ALD)生长超薄(3.5nm)Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).新型AlGaN/GaNMOS-HEMT器件栅长1μm,栅宽120μm,栅压为 3.0V时最大饱和输出电流达到720mA/mm,最大跨导达到130mS/mm,开启电压保持在-5.0V,特征频率和最高振荡频率分别为10.1和30.8GHz.     

0.35μm栅长HfO_2栅介质GaN MOSHEMT

制备了一种GaN MOSHEMT器件,器件栅长为0.35μm,栅介质为HfO_2,并对其进行两端和三端的IV特性测试,以及界面态导致的栅延迟问题进行了测试和表征。测试结果表明,本文制备的GaN MOSHEMT器件栅电流小、栅压摆幅大、击穿电压高,适合于微波功率应用。     

高阻硅基GaN晶片上MIS栅结构GaN HEMT射频器件研制

5G 通信中3. 4~3. 6 GHz 是主要使用频段。GaN 射频器件由于高频、低功耗、高线性度等优势,满足5G 通信应用需求。文中在高阻硅基GaN 外延片上研制了AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor, HEMT),并分析了金属鄄绝缘层鄄半导体(Metal-Insulator-Semiconductor,MIS)栅对器件直流和射频特性的影响。研究发现:相比于肖特基栅结构,MIS 栅结构器件栅极泄漏电流减少2~5 个数量级,漏极驱动电流能力和跨导提高10%以上;频率为3. 5 GHz 时,增益从1. 5 dB 提升到4. 0 dB,最大资用增益从5. 2 dB 提升到11. 0 dB,电流增益截止频率为8. 3 GHz,最高振荡频率为10. 0 GHz。     

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT.器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地.栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性.研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fm...     

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.