X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25 μm栅长带有r栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,设计场板(field plate)长度为0.4 μm,0.6μm,0.7μm,0.9μm.研究了r栅场板长度及不同漏偏压下对器件直流,小信号特性及大信号的影响.器件直流I-V及转移特性并不依赖场板长度变化,增加场板长度器件击穿电压提高可达108 V,器件截止频率及振荡频率下降,输出功率大幅度提高,结合器件小信号提参结果分析.8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度为0.9 μm的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率(PAE)35.31%,相应线性增益10.25 dB.     

X波段AlGaN/GaN HEMTs厂栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25um栅长带有г栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,对比T型栅结构器件,研究了г栅场板引入对器件直流、小信号及微波功率特性的影响.结果表明,г栅场板结构减小器件截止频率及振荡频率,但明显改善器件膝点电压和输出功率密度.针对场板长度分别为0.4、0.7、0.9、1.1 um,得出一定范围内增加场板长度,器件输出功率大幅度提高,并结合器件小信号模型提参结果分析原因.在频率8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度0.9um的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率(PAE)35.31%,相应线性增益10.25 dB.     

GaN基HEMT栅终端场板结构研究

制作了带有栅终端场板结构的GaN基HEMT,研究了击穿电压与场板长度的关系,提取了最佳场板长度为0.4,0.5,0.6μm时所对应的栅漏击穿电压最大,为120 V.研究了栅终端场板对器件小信号特性和大信号的影响,栅终端场板长度0.4μm时,器件特征频率及最大振荡频率减小量最小.在栅宽1 mm、频率8 GHz、无场板器件最大工作电压28 V时,连续波输出功率3.2 W,功率增益4.0 dB,功率附加效率17.0%;栅终端场板器件最大工作电压38 V时,连续波输出功率5.1 W,功率增益4.1 dB,功率附加效率21.0%.     

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。     

毫米波应用的场板结构0.15μm_gan_hemts

报道了毫米波应用的采用SiN介质辅助工艺的0.15μm场板结构GaN HEMTs。器件研制中采用了MOCVD技术外延在3英寸SiC衬底上的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料采用了掺Fe缓冲层技术。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束刻写实现,并采用了栅挖槽技术用来控制器件的阈值电压。器件fT和fmax分别为39GHz和63GHz,24V电压、35GHz下的负载牵引测试结果显示0.15mm栅宽器件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%。该0.15μm GaN HEMTs技术满足Ka波段应用要求,可用于毫米波功率MMICs的研制。     

跨导为325mS/mm的AlGaN/GaN HFET器件

报道了使用国产GaN外延材料（蓝宝石衬底）的AlGaN/GaN HFET器件的制备以及室温下器件的性能. 器件栅采用场板结构,其中栅长为0.3μm,场板长为0.37μm,源漏间距为3μm. 器件的饱和电流密度为0.572A/mm,最大漏电流密度为0.921A/mm,最大跨导为325mS/mm,由S参数外推出截止频率和最高振荡频率分别为27.9GHz和33.1GHz.     

跨导为325mS/mm的AlGaN/GaN HFET器件

报道了使用国产GaN外延材料(蓝宝石衬底)的AlGaN/GaN HFET器件的制备以及室温下器件的性能.器件栅采用场板结构,其中栅长为0.3μm,场板长为0.37μm,源漏间距为3μm.器件的饱和电流密度为0.572A/mm,最大漏电流密度为0.921A/mm,最大跨导为325mS/mm,由S参数外推出截止频率和最高振荡频率分别为27.9GHz和33.1GHz.     

GaN功率开关器件的发展与微尺度功率变换(续)

正2.3大栅宽器件大栅宽常关GaN功率开关器件的发展是走向工程应用,2009年报道了栅宽为20 mm的5 A/1 100 V常关GaN功率开关器件在升压变换器中的应用[39],器件特点是,栅下F等离子处理工艺和栅极与源极的双场板结构。栅长为1.5μm,栅漏间距为12μm,栅宽为200μm的小栅宽器件,     

高功率密度高效率28V GaAs PHEMT技术

报道了采用双场板设计的GaAs PHEMT器件,该器件栅长为0.5μm,工作电压28V,在2GHz下饱和输出功率2.18W/mm,功率附加效率PAE=67%。     

fT为77GHz的蓝宝石衬底0.25μm栅长AlGaN/GaN高电子迁移率功率器件

在蓝宝石衬底上用MOCVD技术生长的AlGaN/GaN结构上制作出0.25μm栅长的高电子迁移率功率晶体管.0.25μm栅长的单指器件测到峰值跨导为250mS/mm,特征频率为77GHz.功率器件的最大电流密度达到1.07A/mm.8GHz频率下在片测试80×10μm栅宽器件的输出功率为27.04dBm,同时功率附加效率达到26.5%.     

fT为77GHz的蓝宝石衬底0.25μm栅长AlGaN/GaN高电子迁移率功率器件

在蓝宝石衬底上用MOCVD技术生长的AlGaN/GaN结构上制作出0.25μm栅长的高电子迁移率功率晶体管.0.25μm栅长的单指器件测到峰值跨导为250mS/mm,特征频率为77GHz.功率器件的最大电流密度达到1.07A/mm.8GHz频率下在片测试80×10μm栅宽器件的输出功率为27.04dBm,同时功率附加效率达到26.5%.     

磁控溅射AlN介质的14W/mm AlGaN/GaN MIS-HEMT

介绍了一种采用磁控溅射AlN介质作为绝缘层的的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT.器件研制中采用了凹槽栅和场板结构.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2 GHz、75 V工作电压下,研制的200μm栅宽AlGaN/GaNMIS-HEMT输出功率密度达到了14.4 W/mm,器件功率增益和功率附加效率分别为20.51 dB和54.2%.     

0.25μm Gate-Length AlGaN/GaN Power HEMTs on Sapphire with fT of 77GHz

在蓝宝石衬底上用MOCVD技术生长的AlGaN/GaN结构上制作出0.25μm栅长的高电子迁移率功率晶体管. 0.25μm栅长的单指器件测到峰值跨导为250mS/mm，特征频率为77GHz. 功率器件的最大电流密度达到1.07A/mm. 8GHz频率下在片测试80×10μm栅宽器件的输出功率为27.04dBm，同时功率附加效率达到26.5%.     

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%.     

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%.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

凹槽栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT特性分析

研究了无场调制板结构、有场调制板结构但无凹槽栅、结合场调制板结构和凹槽栅工艺三种AlGaN/GaN HEMT的动态I-V特性和微波特性,认为场调制板结构和凹槽栅工艺可以有效改善AlGaN/GaN HEMT器件沟道内电场分布,显著减小电流崩塌现象,提高器件的微波输出功率特性.利用此技术研制的1mm栅宽AlGaN/GaNHEMT输出功率大于10W.     

凹槽栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT特性分析

研究了无场调制板结构、有场调制板结构但无凹槽栅、结合场调制板结构和凹槽栅工艺三种AlGaN/GaN HEMT的动态I-V特性和微波特性,认为场调制板结构和凹槽栅工艺可以有效改善AlGaN/GaN HEMT器件沟道内电场分布,显著减小电流崩塌现象,提高器件的微波输出功率特性.利用此技术研制的1mm栅宽AlGaN/GaNHEMT输出功率大于10W.     

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。     

11～12 GHz单电源GaN微波功率放大模块研制

报告了采用凹槽栅场板结构的Ga N微波功率HEMT管芯,优化了场板结构和工艺参数,制作了0.8 mm和2.4 mm栅宽的管芯。采用该管芯制作了两级放大的功率模块,该模块匹配电路制作在380μm厚的Al_2O_3陶瓷基片上,匹配电容制作在180μm厚的高介电常数的陶瓷基片上。电感采用25μm直径的金丝拟合,电路结构采用单电源结构。该模块在11～12 GHz、28 V工作电压下,饱和输出功率达到了8 W,功率增益为12 d B,功率附加效率(PAE)为30%,实现了低电流、高效、高可靠性、可实用的功率模块。该模块是迄今为止采用单电源结构频率最高的Ga N功率模块。