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。     

TiA1和TiPtAu栅GaAs MESFET稳定性研究

在高温和大栅电流下 ,对 Ti Al栅和 Ti Pt Au栅 MESFET的稳定性进行了比较研究 ,结果表明 :( 1)两种器件的击穿电压稳定 ,栅 Schottky接触二极管理想因子 n变化不明显 ;( 2 ) Ti Al栅的 MESFET的栅特性参数 (栅电阻 Rg,势垒高度 Φb)变化明显 ,与沟道特性相关的器件参数 (如最大饱和漏电流 Idss,栅下沟道开路电阻 R0 ,夹断电压 Vp0 等 )保持相对不变 ;( 3)对 Ti Pt Au栅MESFET来说 ,栅 Schottky二极管特性 (栅电阻 Rg,势垒高度 Φb)保持相对稳定 ,与沟道特性相关的器件参数 (如最大饱和漏电流 Idss,栅下沟道开路电阻 R0 ,夹断电压 Vp0 、跨导 gm 等 )明显变化 ,适当退火后 ,有稳定的趋势。这两种器件的参数变化形成了鲜明的对比。     

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.     

S波段系列SiC MESFET器件研制

SiC材料具有宽禁带、高电子饱和漂移速度、高击穿电压、高热导率和相对低的介电常数等优点,使SiC MESFET在微波功率等方面的应用得到了快速发展。采用国产SiC外延片,解决了欧姆接触、干法刻蚀及损伤修复等一系列工艺难题;针对不同应用背景,研制出总栅宽分别为1、5、15、20mm系列SiC MESFET样管。在2GHz脉冲状态下,300μs脉宽、10%占空比、20mm栅宽器件单胞输出功率超过80W,功率密度大于4W/mm;15mm栅宽器件在3.1~3.4GHz频带脉冲功率输出超过30W。该研究结果为SiC器件的实用化奠定了基础。     

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.     

MESFET微波放大器的稳定化方法

介绍了以 MESFET构成的微波放大器的 2种稳定化方法 ;在栅漏间或栅源间插入 RCL串联支路。分析了在这两种方法中 ,稳定化因子 K以及电路增益与 RCL参数的关系。     

多栅GaAs MESFET开关

论述多栅开关的结构和特点。开关设计中需要考虑的一个重要因素是提高开关功率处理能力的同时减小插损 ,多栅开关由于其特殊的结构 ,很好地解决了这一问题。采用多栅结构 ,设计的移动通讯用 DPDT开关在 DC-2 GHz:IL<0 .75 d B,ISO>1 3 d B,VSWR<1 .5 ,P- 1 >1 0 W。开关芯片面积小、成品率高、封装成本低 ,适宜批量生产 ,并已在手机上试装成功。     

多栅GaAs MESFET开关的结构设计

论述了多栅开关的结构和特点.针对多栅开关器件结构设计中的参数栅栅间距的选取作了分析,确定当栅栅间距等于源漏间距对栅数的平均值时,开关性能最优,并在实验中得到验证.     

多栅GaAs MESFET开关的结构设计

论述了多栅开关的结构和特点.针对多栅开关器件结构设计中的参数栅栅间距的选取作了分析,确定当栅栅间距等于源漏间距对栅数的平均值时,开关性能最优,并在实验中得到验证     

亚0.1μm高K栅介质MOSFETs的特性

用二维模拟软件 ISE研究了典型的 70 nm高 K介质 MOSFETs的短沟性能 .结果表明 ,由于 FIBL 效应 ,随着栅介质介电常数的增大 ,阈值电区减小 ,而漏电流和亚阈值摆幅增大 ,导致器件短沟性能退化 .这种退化可以通过改变侧墙材料来抑制     

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.     

SiC MESFET中Ti/Pt/Au肖特基接触稳定性的研究

SiC是一种在高功率和高温应用中涌现的非常重要的半导体材料.研究了一种国产Sic MESFET 器件300℃温度应力下,存储1 000 h Ti/Pt/Au栅肖特基势垒接触的稳定性以及器件电学特性的变化.实验结果表明在300℃温度应力下,器件的最大饱和漏电流、势垒高度、阈值电压和跨导等参数均呈现明显的下降趋势,在实验前期一段时间内退化较快,而在应力后期某段时间内为渐变并趋于稳定.     

改善GaAs MESFET输出功率线性的载流子浓度分布设计与制备

经过对GaAs MESFET输出功率及其线性失真的综合分析,提出了无拖尾双峰n~+n载流子浓度分布的最佳设计。用Si离子注入和Be注入埋层方法,以及优化的快速退火技术,满意地制备出所希望的无拖尾双峰n~+n浓度分布。用于DX571功率GaAs MESFET器件时的研究表明,与常规注入分布的器件相比,无拖尾n浓度分布器件在4GHz下测得的1dB增益压缩功率输出增加了0.4W;在输入信号提高50mW情况下增益仍为9dB,漏极效率提高3％,加上n~+注入后饱和压降又下降0.3V,预计其线性输出功率能力将会有进一步改善。     

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。     

SiC MESFET工艺在片检测技术

介绍了SiC MESFET芯片加工工艺中的主要在片检测技术,包括芯片表面情况判定、干法刻蚀的监浏、等平面工艺的辅助测试、欧姆接触比接触电阻值的测试以及各种中间测试技术.芯片表面情况判定主要通过显微镜观察表面形貌、原子力显微镜测表面均匀性以及扫描电镜观察形貌以及组分分析.干法刻蚀的监测主要通过台阶仪结合椭偏仪实现,即保证了干法刻蚀按预想的深度刻蚀也验证了材料结构的参数.通过TLM图形测试的比接触电阻值可以确保良好的欧姆接触,减小器件的串联电阻,提高器件的电流处理能力,为实现高功率输出奠定基础.通过台阶仪测量和显微镜观察实现的等平面工艺大大提高了器件的性能,微波功率提高30%左右,增益提高1.5 dB以上,功率附加效率提高接近10%.     

用于CMOS工艺的双功函数Ni全硅化物金属栅

研究了Ni全硅化物金属栅功函数调整技术.研究表明,通过在多晶硅硅化前向多晶硅栅内注入杂质能够有效地调整Ni全硅化物金属栅的栅功函数.通过注入p型或n型杂质,如BF2,As或P,能够将Ni全硅化物金属栅的功函数调高或调低,以分别满足pMOS管和nMOS管的要求.但是注入大剂量的As杂质会导致分层现象和EOT变大,因此As不适合用来调节Ni全硅化物金属栅的栅功函数.由于FUSI工艺会导致全硅化金属栅电容EOT减小,全硅化金属栅电容的栅极泄漏电流大于多晶硅栅电容.     

用于CMOS工艺的双功函数Ni全硅化物金属栅

研究了Ni全硅化物金属栅功函数调整技术.研究表明,通过在多晶硅硅化前向多晶硅栅内注入杂质能够有效地调整Ni全硅化物金属栅的栅功函数.通过注入p型或n型杂质,如BF2,As或P,能够将Ni全硅化物金属栅的功函数调高或调低,以分别满足pMOS管和nMOS管的要求.但是注入大剂量的As杂质会导致分层现象和EOT变大,因此As不适合用来调节Ni全硅化物金属栅的栅功函数.由于FUSI工艺会导致全硅化金属栅电容EOT减小,全硅化金属栅电容的栅极泄漏电流大于多晶硅栅电容.     

SiC MESFET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.     

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.     

GaAs MMIC双栅MESFET混频器设计与实验研究

对微波单片集成 (简称 MMIC)双栅 MESFET混频器的设计理论和工艺技术进行较为细致的研究。根据双栅 MESFET的理论分析与实验结果 ,建立了一种栅压调制 I- V特性的经验模型 ,推导了双栅 FET混频器变频增益公式。分析了栅压对改变非线性跨导在混频器中的作用。最后设计并加工出了芯片面积为 0 .75 mm× 1 .5 mm Ga As MMIC双栅 FET混频器。