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.     

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.     

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。     

半绝缘砷化镓及其MESFET器件光敏特性研究

用波长为７００～３５００ｍｍ的光电流测试系统研究了ＳＩ－ＧａＡｓ村谗及其ＭＥＳＦＥＴ器件中的深能级。结果显示在ＳＩ－ＧａＡｓ衬底及其ＭＥＳＦＥＴ器件中存在着相似的深能级,衬底的深能级影响着器件的光敏等性能。还讨论了如何减少器的光敏现象的方法。     

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.     

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．     

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.     

SiC衬底上的蓝光半导体激光器

日本富士通实验公司已演示了电脉冲氮化镓（GaN）基蓝光半导体激光器的5小时室温运转。该器件做在碳化硅（SIC）衬底上。该激光器的主要特性包括414urn输出对蓝光输出激光器而言．碳化硅（SIC）衬底相对于刚玉有几个优点。由于激光腔反射器可用解理面形成，并且SIC导电．SIC衬底较易制诈波长、3O0us脉冲运转80OmA阈值电流和20mw的最高输出功率。这是SIC衬底上蓝光GaN激光器的第二个成功开发的报导，器件在室温下脉冲运转。第一个成功报导是美国克利研究公司开发的，它的器件寿命较短。研究人员用普通低气压金属无机汽相外延（MOV…     

半绝缘GaAs衬底中AB微缺陷对MESFET器件性能的影响

研究了LEC 法生长SI-GaAs衬底上的AB微缺陷对相应的MESFET器件性能(跨导、饱和漏电流、夹断电压)的影响.用AB腐蚀液显示AB微缺陷(AB-EPD:103～104cm-2量级),用KOH腐蚀液显示位错(EPD:104cm-2量级),发现衬底上的AB微缺陷对器件性能及均匀性有显著影响.随着AB-EPD的增大,跨导、饱和漏电流变小,夹断电压的绝对值也变小.利用扫描光致发光光谱(PL mapping) 对衬底质量进行了测量,结果表明衬底参数好的样品,PL参数好,相应器件的参数也好,从而有可能制作出良好的器件.     

半绝缘GaAs衬底中AB微缺陷对MESFET器件性能的影响

研究了LEC 法生长SI-GaAs衬底上的AB微缺陷对相应的MESFET器件性能（跨导、饱和漏电流、夹断电压）的影响．用AB腐蚀液显示AB微缺陷(AB-EPD：10/up3/～10/up4/cm－2量级)，用KOH腐蚀液显示位错(EPD：104cm－2量级)，发现衬底上的AB微缺陷对器件性能及均匀性有显著影响．随着AB-EPD的增大，跨导、饱和漏电流变小，夹断电压的绝对值也变小．利用扫描光致发光光谱(PL mapping) 对衬底质量进行了测量，结果表明衬底参数好的样品，PL参数好，相应器件的参数也好，从而有可能制作出良好的器件．     

SiC MESFET技术与器件性能

介绍了SiC MESFET器件的技术和性能。用SiC材料制造的MESFET的射频功率密度达到4.6W/mm，功率增加效率（PAE）达到65.7%，击穿电压超过100V，表明SiC器件具有高功率密度和高效率，在高功率微波应用中具有巨大的潜力。     

高纯半绝缘SiC电阻率影响因素

采用物理气相传输(PVT)法进行高纯半绝缘SiC晶体生长,利用高温真空解吸附以及在系统中通入HCl和H2的方法,有效降低了系统中N、B和Al等杂质的背景浓度。使用二次离子质谱(SIMS)对晶体中杂质浓度测试,N、B和Al浓度分别小于1×1016、1×1015和2×1014 cm-3。对加工得到的晶片进行测试,全片的电阻率均在1×1010Ω·cm以上,微管密度小于0.02 cm-2,(004)衍射面的X射线摇摆曲线半高宽为34″。结果表明,该方法可以有效降低SiC晶体中N、B和Al等杂质浓度,提升SiC晶片的电阻率。使用该方法成功制备了4英寸(1英寸=2.54 cm)高纯半绝缘4H-SiC晶体。     

碳化硅衬底外延石墨烯

通过高温热解法和化学气相沉积(CVD)法在SiC(0001)衬底外延石墨烯。采用光学显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线光电子能谱和霍尔测试系统对样品进行表征,并对比了两种不同生长方法对石墨烯材料的影响以及不同的成核机理。结果表明,高温热解法制备的石墨烯材料有明显的台阶形貌,台阶区域平坦均匀,褶皱少,晶体质量取决于SiC衬底表面原子层,电学特性受衬底影响大,迁移率较低。CVD法制备的石墨烯材料整体均匀,褶皱较多,晶体质量更好。该方法制备的石墨烯薄膜悬浮在SiC衬底表面,与衬底之间为范德华力连接,电学特性受衬底影响小,迁移率较高。     

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工艺技术研究与器件研制

针对SiC衬底缺陷密度相对较高的问题,研究了消除或减弱其影响的工艺技术并进行了器件研制.通过优化刻蚀条件获得了粗糙度为2.07 nm的刻蚀表面;牺牲氧化技术去除刻蚀带来的表面损伤层,湿氧加干氧的氧化方式生长的SiO2钝化膜既有足够的厚度又保证了致密性良好的界面,减小了表面态对栅特性和沟道区的影响,获得了理想因子为1.17,势垒高度为0.72 eV的良好的肖特基特性;等平面工艺有效屏蔽了衬底缺陷对电极互连引线的影响,减小了反向截止漏电流,使器件在1 mA下击穿电压达到了65 V,40 V下反向漏电流为20μA.为了提高器件成品率,避免或减小衬底缺陷深能级对沟道电流的影响,使用该工艺制备的小栅宽SiCMESFET具有195 mA/mm的饱和电流密度,-15 V的夹断电压.初步测试该器件有一定的微波特性,2 GHz下测试其最大输出功率为30 dBm,增益大于5 dB.