凹栅槽AlGaN/GaN HEMTs器件退火处理效应

研究了如何减小等离子体干法刻蚀导致的大肖特基漏电.用X射线光电能谱(XPS)分析刻蚀前后的AlGaN表面,发现刻蚀后AlGaN表面出现了N窄位,导致肖特基栅电流偏离热电子散射模型,N空位做为一种缺陷使得肖特基结的隧穿几率增大,反向漏电增大,肖特基势垒降低.介绍了一种AlGaN/GaN HEMTs器件退火处理方法,优化退火条件为400℃,Nz氛围退火10min.退火后,栅金属中的Ni与Ga原子反应从而减少N空穴造成的缺陷,器件肖特基反向漏电减小三个量级,正向开启电压升高,理想因子从3.07降低到了2.08.     

等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构AlGaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构AIGaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析AlGaN表面,等离子体干法刻蚀增加了AlGaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与AlGaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使AlGaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与AlGaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,AlGaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.     

等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构AlGaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构AIGaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析AlGaN表面,等离子体干法刻蚀增加了AlGaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与AlGaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使AlGaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与AlGaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,AlGaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.     

蒸栅前退火与AlGaN/GaN HEMT噪声性能关系的研究

为进一步提高AlGaN/GaN HEMT的噪声性能,如何才能降低其相对较高的栅漏电是较为棘手的问题之一。作者通过实验证明了可降低其噪声的器件制作过程中的一项工艺步骤。两个AlGaN/GaN样片在刻蚀栅槽后被分别不同处理,一个蒸发栅金属前退火,另一个直接蒸发栅金属。比较二者的Ig－Vgd直流特性曲线,可发现蒸栅前进行退火处理可大大降低栅漏电。数据分析表明：退火可提高肖特基势垒;刻蚀过程中的等离子体可引发损伤,退火导致的损伤消除是栅漏电减小的主要原因。作者引用了一个噪声模型来证明蒸栅前退火确实可以有效地提高AlGaN/GaN HEMT的噪声性能。     

AlGaN/GaN HEMT凹栅槽结构器件的频率特性

采用一系列不同栅长和结构的T型栅器件来研究凹栅槽结构抑制短沟道效应和提高频率特性的作用.随着栅长不断缩短,短沟道效应逐渐明显,栅长从300 nm缩短至100 nm时,亚阈值摆幅逐渐增大,栅对沟道载流子的控制变弱,且器件出现软夹断现象.凹栅槽结构可以降低器件的亚阈值接幅,提高开关比,栅长100 nm常规结构器件的亚阈值摆幅为140 mV/dec,开关比为106,而凹栅槽结构器件的亚阈值摆幅下降为95 mV/dec,开关比增大为107,凹栅槽结构明显抑制了短沟道效应.在漏源电压为20 V时,100 nm栅长的凹栅槽结构器件的截止频率和最高振荡频率达到了65.9和191 GHz,同常规结构相比,分别提高了5.78％和4.49％.由于凹栅槽结构缩短了栅金属到二维电子气(2DEG)沟道的间距,增大了纵横比,所以能够改善器件的频率特性.     

AlGaN/GaN共栅共源HEMTs器件

研究了蓝宝石衬底AlGaN／GaN共栅共源器件的特性。该器件包括栅长0．8μm共源器件与栅长1μm的共栅器件。研究表明,共栅共源器件的第二栅压对的器件饱和电流与跨导有明显的调制作用,容易实现功率增益控制。与共源器件相比,共栅共源器件在微波特性上fT大约9GHz,比共源器件稍小,但是具有较低的反馈,显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗,与共源器件相比,稳定性更好,可以避免振荡的产生,结合GaN的高功率特性GaN共栅共源器件非常适合微波频段宽频大功率领域的应用。     

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.     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源微波HEMTs器件

报道了蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源器件的制备与特性.该器件包括栅长为0.8μm共源器件与栅长为1μm的共栅器件.实验表明,共栅器件的第二栅压会显著影响器件饱和电流与跨导特性,从而控制功率增益.与共源器件相比,共栅共源器件表现出稍低的fT、较低的反馈、显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗.     

蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源微波HEMTs器件

报道了蓝宝石衬底AlGaN/GaN共栅共源器件的制备与特性.该器件包括栅长为0.8μm共源器件与栅长为1μm的共栅器件.实验表明,共栅器件的第二栅压会显著影响器件饱和电流与跨导特性,从而控制功率增益.与共源器件相比,共栅共源器件表现出稍低的 f T、较低的反馈、显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗.     

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.     

Annealing before gate metal deposition related noise performance in AlGaN/GaN HEMTs

For a further improvement of the noise performance in AlGaN/GaN HEMTs, reducing the relatively high gate leakage current is a key issue. In this paper, an experiment was carried out to demonstrate that one method during the device fabrication process can lower the noise. Two samples were treated differently after gate recess etching: one sample was annealed before metal deposition and the other sample was left as it is. From a comparison of their Ig-Vg characteristics, a conclusion could be drawn that the annealing can effectively reduce the gate leakage current. The etching plasma-induced damage removal or reduction after annealing is considered to be the main factor responsible for it. Evidence is given to prove that annealing can increase the Schottky barrier height. A noise model was used to verify that the annealing of the gate recess before the metal deposition is really effective to improve the noise performance of AlGaN/GaN HEMTs.     

Annealing before gate metal deposition related noise performance in AIGaN/GaN HEMTs

For a further improvement of the noise performance in A1GaN/GaN HEMTs, reducing the relatively high gate leakage current is a key issue. In this paper, an experiment was carried out to demonstrate that one method during the device fabrication process can lower the noise. Two samples were treated differently after gate recess etching： one sample was annealed before metal deposition and the other sample was left as it is. From a comparison of their Ig-Vg characteristics, a conclusion could be drawn that the annealing can effectively reduce the gate leakage current. The etching plasma-induced damage removal or reduction after annealing is considered to be the main factor responsible for it. Evidence is given to prove that annealing can increase the Schottky barrier height. A noise model was used to verify that the annealing of the gate recess before the metal deposition is really effective to improve the noise performance of AIGaN/GaN HEMTs.     

Effect of the post-gate annealing on the gate reliability of AlGaN/GaN HEMTs

In this paper,we investigated the effect of post-gate annealing (PGA) on reverse gate leakage and the reverse bias reli-ability of Al0.23Ga0.77N/GaN high electron mobility transistors (HEMTs).We found that the Poole-Frenkel (PF) emission is domin-ant in the reverse gate leakage current at the low reverse bias region (Vth ＜ VG ＜ 0 V) for the unannealed and annealed HEMTs.The emission barrier height of HEMT is increased from 0.139 to 0.256 eV after the PGA process,which results in a reduction of the reverse leakage current by more than one order.Besides,the reverse step stress was conducted to study the gate reliabil-ity of both HEMTs.After the stress,the unannealed HEMT shows a higher reverse leakage current due to the permanent dam-age of the Schottky gate.In contrast,the annealed HEMT shows a little change in reverse leakage current.This indicates that the PGA can reduce the reverse gate leakage and improve the gate reliability.     

AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

首先论述了Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波大功率领域的应用优势和潜力;其次,介绍并分析了影响Al GaN/GaN HEMT性能的主要参数,分析表明要提高Al-GaN/GaN HEMT的频率和功率性能,需改善寄生电阻、电容、栅长和击穿电压等参数。然后,着重从材料结构和器件工艺的角度阐述了近年来Al GaN/GaN HEMT的研究进展,详细归纳了目前主要的材料生长和器件制作工艺,可以看出基本的工艺思路是尽量提高材料二维电子气的浓度和材料对二维电子气的限制能力的同时减小器件的寄生电容和电阻,增强栅极对沟道的控制能力。另外,根据具体情况调节栅长及沟道电场。最后,简要探讨了Al GaN/GaN HEMT还存在的问题以及面临的挑战。     

高频功率AlGaN/GaN HEMT 的栅结构优化

本文研究了栅帽、栅源间距对AlGaN/GaN HEMT性能的影响。基于研究结果得出了优化高频功率AlGaN/GaN HEMT栅结构的方法。缩小栅场板可以有效提高器件的增益、截止频率（ft）、最大震荡频率（fmax）。通过减小栅场板长度,栅长0.35 器件的ft达到了30GHz、fmax达到了80GHz。采用tao型栅（栅帽偏向源侧）或者增加栅金属厚度还可以进一步优化 。缩小栅源的距离可以提高饱和漏电流和击穿电压,从而提高器件的输出功率。     

氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的影响

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统,研究了氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触电阻的影响。利用能量色散X射线光谱仪、光致发光谱和原子力显微镜以及电学测试设备对处理前后样品进行表征分析。结果表明,在最佳的氧等离子体处理条件(ICP功率250 W,射频功率60 W,压强0.8 Pa,氧气流量30 cm³/min,时间5 min)下,欧姆接触电阻为0.41Ω·mm,比参照样品接触电阻降低了约69%。分析认为经过氧等离子体处理后,在近表面处产生了一定数量的N空位缺陷,这些N空位表现为浅能级施主掺杂,有利于欧姆接触的形成。通过采用氧等离子体表面处理工艺制备的AlGaN/GaN HEMT,在+2 V的栅极偏压下获得了0.77 A/mm的最大漏极饱和电流。