SiC MESFET微波功率测试技术

对SiC MESFET的微波测试技术进行了分析,并针对这一采用第三代半导体材料研制的器件,结合硅微波双极功率晶体管和GaAs MESFET的测试技术,建立了SiC MESFET的微波测试系统,完成了2GHz工作频率下瓦级功率输出SiC MESFET的测试,功率增益大于6dB,器件的fT为6.7GHz,fmax达25GHz.     

SiC MESFET微波功率测试技术

对SiC MESFET的微波测试技术进行了分析,并针对这一采用第三代半导体材料研制的器件,结合硅微波双极功率晶体管和GaAs MESFET的测试技术,建立了SiC MESFET的微波测试系统,完成了2GHz工作频率下瓦级功率输出SiC MESFET的测试,功率增益大于6dB,器件的fT为6.7GHz,fmax达25GHz.     

微波大功率SiC MESFET及MMIC

利用本实验室生长的4H-SiC外延材料开展了SiC MESFET和MMIC的工艺技术研究.研制的SiC MESFET采用栅场板结构,显示出优异的脉冲功率特性,20 mm栅宽器件在2 GHz脉冲输出功率达100 W.将四个20 mm栅宽的SiC MESFET芯片通过内匹配技术进行功率合成,合成器件的脉冲功率超过320 W,增益8.6 dB.在实现SiC衬底减薄和通孔技术的基础上,设计并研制了国内第一片SiC微波功率MMIC,在2～4 GHz频带内小信号增益大于10 dB,脉冲输出功率最大超过10 W.     

SiC MESFET微波功率器件的研制

利用本实验室生长的4H-SiC外延材料开展了SiC微波功率器件的研究．通过对欧姆接触和干法刻槽工艺的优化,研制出高性能的SiCMESFET．利用1mm栅宽SiC MESFET制成的微波功率放大器在2GHz64V工作时,连续波输出功率达4．09W,功率增益为9．3dB,PAE为31．3％．文中还给出了SiC功率放大器在微波大信号工作时的稳定性的初步测试结果．     

SiC MESFET微波功率器件的研制

利用本实验室生长的4H-SiC外延材料开展了SiC微波功率器件的研究.通过对欧姆接触和干法刻槽工艺的优化,研制出高性能的SiC MESFET.利用1mm栅宽SiC MESFET制成的微波功率放大器在2GHz 64V工作时,连续波输出功率达4.09W,功率增益为9.3dB,PAE为31.3%.文中还给出了SiC功率放大器在微波大信号工作时的稳定性的初步测试结果.     

微波功率GaAs MESFET的可靠性

本文介绍了功率ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ的必要失效模式和失效机理，主要失效模式有突然烧毁致命失效，缓慢退化失效，击穿低漏电大失效，内外引线和热集中失效，器件性能的不稳定和可逆漂移，主要失效机理有结构设计不合理，材料和工艺缺陷，栅结，欧姆接触和材料退化。静电损伤等，提出了改进功率ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴＳ可靠性的主要措施：全面质量管理，运用可靠性增长管理技术，合理的设计方案，先进的设备和工艺，优质的材料和     

微波功率SiC MESFET小信号等效电路建模研究

在传统GaAs MESFET器件小信号模型基础上提出一种更适合SiC MESFET器件的小信号等效电路模型.该模型在引入了与栅压相关的输入电导后,明显改善了S11的拟合精度.提出直接利用cold FET反向栅压偏置下的S参数,通过曲线拟合和外插技术提取SiC MESFET小信号等效电路寄生参数的方法.该模型应用于国内SiCMESFET工艺线,在O.5～18GHz范围内S参数的仿真值和实测值非常吻合.     

S波段功率SiC MESFET(芯片)研制

介绍了一种S波段功率SiC MESFET芯片的研制技术。针对SiC材料的特点,对4H-SiC外延材料进行了设计和仿真,同时对Al记忆效应进行了研究,优化了4H-SiC外延生长技术。研究了栅长与沟道厚度纵横比(Lg/a)对短沟道效应和漏极势垒降低效应的影响。采用了凹槽栅结构和体标记电子束直写技术以及热氧化SiO2和SiNx复合钝化层设计等新制备工艺,实现了栅、漏泄漏电流的减小和源、漏击穿电压的提高。测试结果表明,功率SiC MESFET芯片在3.4 GHz频率下脉冲输出功率大于45 W,功率增益8.5 dB,漏极效率40%。测试条件为漏极工作电压48 V,脉宽100μs,占空比10%。     

微波功率GaAs MESFET小信号等效电路的研究

提出了计算功率ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ小信号模型参数的一些改进方法,包括计算Ｈｅｓｓｅ矩阵本征值和本征向量,确定各元件对总误差的敏感度、目标函数的优化顺序和优化方向,以及稳定的计算方法,计算结果与器件的测量值吻合。     

S波段大功率SiC MESFET的设计与工艺制作

针对SiC功率金属半导体场效应晶体管如何在实现高性能的同时保证器件长期稳定的工作,从金属半导体接触、器件制造过程中的台阶控制、氧化与钝化层的设计及器件背面金属化实现等方面进行了分析;并结合具体工艺,对比给出了部分实验结果。从测试数据看,研制的微波SiC MESFET器件性能由研制初期在S波段瓦级左右的功率输出及较低的功率增益和功率附加效率,达到了在实现大功率输出的条件下,比Si器件高的功率增益和30%以上的功率附加效率,初步体现了SiC MESFET微波功率器件的优势,器件的稳定性也得到了提升,为器件性能和可靠性的进一步提升奠定了设计和工艺基础。     

S波段10 W SiC MESFET的研制

采用在75 mm 4H-SiC半绝缘衬底上实现的国产SiC MESFET外延材料进行器件研制,在该器件的具体研制工艺中利用感应耦合等离子体干法腐蚀,牺牲层氧化等工艺技术,研制出2 GHz工作频率下连续波输出功率大于10 W、功率增益大于9 dB、功率附加效率不低于35%的MESFET功率样管,该器件的特征频率达6.7 GHz,最高振荡频率达25 GHz.对芯片加工工艺和器件的测试技术进行了分析,给出了相应的工艺和测试结果.     

提高SiC MESFET功率增益的研究

在高纯半绝缘衬底上采用国产的外延技术和自己开发的器件设计及工艺技术,研制出在S波段连续波输出功率大于10 W、功率增益大于9 dB、功率附加效率不低于35%的性能样管,比研制初期的3～5 dB的功率增益得到了较大幅度的提高,初步显现了SiC器件在S波段连续波大功率、高增益方面的优势。采用亚微米光刻和低欧姆接触形成及减小附加寄生参量,使器件在更大功率输出的情况下,功率增益和功率附加效率得到了明显提升,证明采取的措施是有效的。     

大功率SiC MESFET内匹配技术及测试电路研究

采用管壳内匹配及外电路匹配相结合的方法,成功制作四胞合成大功率高增益SiC MESFET.优化了芯片装配形式,采用内匹配技术提高了器件输入、输出阻抗.优化了测试电路结构,成功消除了输入信号对栅极偏置电压的影响,提高了电路稳定性.四胞器件在脉宽为300 μs、占空比为10%脉冲测试时,2 GHz Vds=50 V脉冲输出功率为129 W(51.1 dBm),线性增益为13.0 dB,功率附加效率为31.4%.     

在半绝缘SiC衬底上制备的S波段2W碳化硅MESFET

介绍了用热壁反应炉在50mm SiC半绝缘衬底上制备的SiC MESFET外延材料.其沟道层厚度约为0.35μm,掺杂浓度约为1.7×1017cm-3.沟道和衬底之间的缓冲层为非有意掺杂的弱n型.欧姆接触用的帽层掺杂浓度约1019cm-3.器件制备采用了ICP刻蚀等技术.微波测试结果表明,1mm栅宽功率器件封装后在2GHz下输出功率达到了2W.     

S-Band 1mm SiC MESFET with 2W Output on Semi-Insulated SiC Substrate

介绍了用热壁反应炉在50mm SiC半绝缘衬底上制备的SiC MESFET外延材料.其沟道层厚度约为0.35μm,掺杂浓度约为1.7×1017cm-3.沟道和衬底之间的缓冲层为非有意掺杂的弱n型.欧姆接触用的帽层掺杂浓度约1019cm-3.器件制备采用了ICP刻蚀等技术.微波测试结果表明,1mm栅宽功率器件封装后在2GHz下输出功率达到了2W.     

高温正向栅电流下Ti/Pt/Au栅SiC MESFET的栅退化机理

SiC MESFET器件的性能强烈依赖于栅肖特基结的特性,而栅肖特基接触的稳定性直接影响其可靠性.针对SiC MESFET器件在微波频率的应用中射频过驱动导致高栅电流密度的现象,设计了两种栅极大电流的条件,观察栅肖特基接触和器件特性的变化,并通过对试验数据的分析,确定了栅的寄生并联电阻的缓慢退化是导致栅肖特基结和器件特性退化,甚至器件烧毁失效的主要原因.     

SiCMESFET的大信号电容解析模型

考虑4H-SiC常温下不完全离化和高饱和电子漂移速度的特点,采用载流子速度饱和理论和电荷控制理论, 结合双曲正切函数的描述方法,导出了适用于4H-SiC MESFET在射频功率应用时的大信号电容解析模型,其模拟结果与实验值有很好的一致性.该模型具有物理概念清晰且算法简单的优点, 非常适合于微波器件结构及电路的设计.