C波段0.75mm AlGaN/GaN功率器件

研制并测试了以蓝宝石作衬底的10× 75μμm_0.8μm AlGaN/GaN微波器件,采用等离子增强气相化学沉积的方法生长了250nm的Si3N4形成钝化层,直流特性从0.56A/mm上升到0.66A/mm,跨导从158mS/mm增为170mS/rmm,截止频率由10.7GHz增大到13.7GHz,同时在4GHz下,Vds=25V,Vgs=-2.5V,输出功率由0.90W增至1.79W,输出功率密度达到2.4W/mm.钝化有效地改善了器件的输出特性,减小和消除了表面寄生栅对器件的影响.     

C波段0.75mm AlGaN/GaN功率器件

研制并测试了以蓝宝石作衬底的10×75μm×0.8μm AlGaN/GaN微波器件,采用等离子增强气相化学沉积的方法生长了250nm的Si3N4形成钝化层,直流特性从0.56A/mm上升到0.66A/mm,跨导从158mS/mm增为170mS/mm,截止频率由10.7GHz增大到13.7GHz,同时在4GHz下,Vds＝25V, Vgs＝-2.5V,输出功率由0.90W增至1.79W,输出功率密度达到2.4W/mm. 钝化有效地改善了器件的输出特性,减小和消除了表面寄生栅对器件的影响.     

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.     

AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors on Sapphires with fmax of 100GHz

制作了蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管.0V栅压下,0.3μm栅长、100μm栅宽的器件的饱和漏电流密度为0.85A/mm,峰值跨导为225mS/mm;特征频率和最高振荡频率分别为45和100GHz;4GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.8W/mm和9.5dB,8GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.12W/mm和11.5dB.     

fmax为100GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

制作了蓝宝石衬底上生长的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管.0V栅压下,0.3μm栅长、100μm栅宽的器件的饱和漏电流密度为0.85A/mm,峰值跨导为225mS/mm;特征频率和最高振荡频率分别为45和100GHz;4GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.8W/mm和9.5dB,8GHz频率下输出功率密度和增益分别为1.12W/mm和11.5dB.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程.通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻,实现了10-7Ω·cm2的欧姆接触率,并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论.通过器件工艺的优化,研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件.栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm,fT达到70GHz;栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时,8GHz工作频率下(在片测试)器件的输出功率为32.5dBm(1.6W),输出功率密度达到2.14W/mm,功率增益为12.7dB.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程.通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻,实现了10-7Ω·cm2的欧姆接触率,并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论.通过器件工艺的优化,研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件.栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm,fT达到70GHz;栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时,8GHz工作频率下(在片测试)器件的输出功率为32.5dBm(1.6W),输出功率密度达到2.14W/mm,功率增益为12.7dB.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程. 通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻，实现了1E-7Ω·cm2的欧姆接触率，并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论. 通过器件工艺的优化，研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件. 栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm, fT达到70GHz; 栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时，8GHz工作频率下（在片测试）器件的输出功率为32.5dBm(1.6W)，输出功率密度达到2.14W/mm，功率增益为12.7dB.     

凹栅AlGaN/GaN HFET

研究了总栅宽为100μm栅凹槽结构的AlGaN/GaN HFET,采用相同的外延材料,凹槽栅结构器件与平面栅结构器件比较其饱和电流变化小,跨导由260.3mS/mm增加到314.8mS/mm,n由2.3减小到1.7,栅极漏电减小一个数量级.在频率为8GHz时,负载牵引系统测试显示,当工作电压增加到40V,输出功率密度达到11.74W/mm.     

凹栅AlGaN/GaN HFET

研究了总栅宽为100μm栅凹槽结构的AlGaN/GaN HFET,采用相同的外延材料,凹槽栅结构器件与平面栅结构器件比较其饱和电流变化小,跨导由260.3mS/mm增加到314.8mS/mm,n由2.3减小到1.7,栅极漏电减小一个数量级.在频率为8GHz时,负载牵引系统测试显示,当工作电压增加到40V,输出功率密度达到11.74W/mm.     

5 W Si衬底GaN基HEMT研究

介绍了Si衬底上外延生长GaN基HEMT的制备及其直流特性与微波特性的研究结果:栅宽200 μm器件Vgs=0 V时饱和电流密度达0.975 A/mm,最大跨导240 mS/mm,夹断电压-4.5 V,栅漏击穿电压80 V;栅宽1 mm器件,在频率2 GHz下,工作电压Vds=25 V时,连续波输出功率为5.0 W,功率增益为9 dB,功率附加效率为35%.     

低压应用的毫米波AlN/GaN MIS-HEMT器件研制

提出了一种适用于低电压工作的毫米波AlN/GaN MIS-HEMT器件,开展了材料外延结构的设计,在SiC衬底上生长了AlN/GaN外延材料。基于此材料开展了器件制作,优化了高温快速退火工艺,获得良好的欧姆接触电阻。对所制备的器件进行直流测试,结果显示,电流输出能力为2.4 A/mm,跨导极值为518 mS/mm,小信号ft达到85 GHz,fmax大于141 GHz。在5G毫米波段28 GHz频率点测试了大信号特性,当VDS =3 V时,输出功率密度为0.55 W/mm,功率附加效率(PAE)为40.1%；当VDS = 6 V时,输出功率密度为1.6 W/mm,PAE达到47.8%。该器件具有低压毫米波应用的潜力。     

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%。     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

报道了研制的AlGaN/GaN微波功率HEMT,该器件采用以蓝宝石为衬底的非掺杂AlGaN/GaN异质结构,器件工艺采用了Ti/Al/Ni/Au欧姆接触和Ni/Au肖特基势垒接触以及SiN介质进行器件的钝化.研制的200μm栅宽T型布局AlGaN/GaN HEMT在1.8GHz,Vds=30V时输出功率为28.93dBm,输出功率密度达到3.9W/mm,功率增益为15.59dB,功率附加效率(PAE)为48.3%.在6.2GHz,Vds=25V时该器件输出功率为27.06dBm,输出功率密度为2.5W/mm,功率增益为10.24dB,PAE为35.2%.     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

报道了研制的Al Ga N / Ga N微波功率HEMT,该器件采用以蓝宝石为衬底的非掺杂Al Ga N/ Ga N异质结构,器件工艺采用了Ti/ Al/ Ni/ Au欧姆接触和Ni/ Au肖特基势垒接触以及Si N介质进行器件的钝化.研制的2 0 0μm栅宽T型布局Al Ga N / Ga N HEMT在1.8GHz,Vds=30 V时输出功率为2 8.93d Bm,输出功率密度达到3.9W/mm ,功率增益为15 .5 9d B,功率附加效率(PAE)为4 8.3% .在6 .2 GHz,Vds=2 5 V时该器件输出功率为2 7.0 6 d Bm ,输出功率密度为2 .5 W/ mm ,功率增益为10 .2 4 d B,PAE为35 .2 % .     

导通和半绝缘衬底上的SiC MESFET

分别在导通和半绝缘4H-SiC衬底上外延生长了MESFET结构并制成器件.两种衬底上的SiC MESFET具有类似的直流特性,饱和电流为350mA/mm,最大跨导为25～30mS/mm,击穿电压大于120V.导通衬底上的SiC MESFET在2GHz 50V工作时饱和输出功率为1.75W;在相同条件下半绝缘衬底的SiC MESFET饱和输出功率为3.38W,64V工作时最大输出功率超过4W.缓冲层参数的不同是造成微波性能差异的主要原因.     

导通和半绝缘衬底上的SiC MESFET

分别在导通和半绝缘4H-SiC衬底上外延生长了MESFET结构并制成器件.两种衬底上的SiC MESFET具有类似的直流特性,饱和电流为350mA/mm,最大跨导为25～30mS/mm,击穿电压大于120V.导通衬底上的SiC MESFET在2GHz 50V工作时饱和输出功率为1.75W;在相同条件下半绝缘衬底的SiC MESFET饱和输出功率为3.38W,64V工作时最大输出功率超过4W.缓冲层参数的不同是造成微波性能差异的主要原因.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.