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.     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

凹槽栅场调制板结构AlGaN/GaN HEMT

研制的SiC衬底上的AlGaN/GaN微波功率HEMTs,采用凹槽栅和场调制板结构有效抑制了器件的电流崩塌,提高了器件的击穿电压和器件的微波功率特性.研制的1mm栅宽器件在8GHz,34V工作电压下,饱和输出功率达到了9.05W,功率增益为7.5dB,功率附加效率为46%.     

凹槽栅场调制板结构AlGaN/GaN HEMT

研制的SiC衬底上的AlGaN/GaN微波功率HEMTs,采用凹槽栅和场调制板结构有效抑制了器件的电流崩塌,提高了器件的击穿电压和器件的微波功率特性.研制的1mm栅宽器件在8GHz,34V工作电压下,饱和输出功率达到了9.05W,功率增益为7.5dB,功率附加效率为46%.     

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.     

场板结构对AlGaN/GaN HEMT温度场的影响北大核心CSCD

用Silvaco的ATLAS软件仿真研究了场板结构对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的温度场分布的影响,分析了场板结构影响器件温度场分布的可能因素。模拟结果表明,加入场板结构后,器件沟道二维电子气浓度减小,电场分布发生变化,器件栅极漏侧边缘处的沟道峰值温度降低。加入栅场板和源场板结构后,场板边缘处都有一个新的温度峰值出现,器件的沟道温度峰值在加入单层和双层栅场板及源场板后由511K分别下降到487、468和484K,这种降低作用会随着栅场板层数的增加而有所增强。仿真结果说明场板结构通过改变AlGaN/GaN HEMT器件沟道载流子浓度和电场分布,影响器件内部的温度场分布。优化器件的场板结构是提高AlGaN/GaN HEMT的可靠性有效途径之一。     

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0.25μm栅长带有Γ栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,对比T型栅结构器件,研究了Γ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,Γ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、1.1μm,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0.9μm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。     

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%.     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

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%.     

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.     

AlGaN/GaN HEMT中电场分布的ATLAS模拟

用Silvaco的ATLAS软件模拟了栅场板参数对AlGaN/GaN HEMT中电场分布的影响.模拟结果表明,场板的加入改变了器件中电势的分布情况,降低了栅边缘处的电场峰值,改善了器件的击穿特性;场板长度(LFP,length of field plate)、场板与势垒层间的介质层厚度t等对电场的分布影响很大.随着LFP的增大、t的减小,栅边缘处的电场峰值Epeak1明显下降,对提高器件的耐压非常有利.通过对相同器件结构处于不同漏压下的情况进行模拟,发现当器件处于高压下时,场板的分压作用更加明显,说明场板结构更适合于制备用作电力开关器件的高击穿电压AlGaN/GaN HEMT.     

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.     

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.     

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.     

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.     

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.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研制

为了提高AlGaN/GaN HEMT的频率,采用了缩小源漏间距、优化栅结构和外围结构等措施设计了器件结构,并基于国内的GaN外延片和工艺完成了器件制备.测试表明所研制的AlGaN/GaN HEMT可以满足Ka波段应用.其中2×75μm栅宽AlGaN/GaN HEMT在30V漏压下的截止频率为32GHz,最大振荡频率为1...