Investigation and statistical modeling of InAs-based double gate tunnel FETs for RF performance enhancement

In this paper,RF performance analysis of InAs-based double gate (DG) tunnel field effect transistors (TFETs) is investigated in both qualitative and quantitative fashion.This investigation is carried out by varying the geometrical and doping parameters of TFETs to extract various RF parameters,unity gain cut-off frequency (ft),maximum oscillation frequency (fmax),intrinsic gain and admittance (Y) parameters.An asymmetric gate oxide is introduced in the gate-drain overlap and compared with that of DG TFETs.Higher ON-current (ION) of about 0.2 mA and less leakage current (IOFF) of 29 fA is achieved for DG TFET with gate-drain overlap.Due to increase in transconductance (gm),higherf and intrinsic gain is attained for DG TFET with gate-drain overlap.Higher fmax of 985 GHz is obtained for drain doping of 5 × 1017 cm-3 because of the reduced gate-drain capacitance (Cgd) with DG TFET with gate-drain overlap.In terms of Y-parameters,gate oxide thickness variation offers better performance due to the reduced values of Cgd.A second order numerical polynomial model is generated for all the RF responses as a function of geometrical and doping parameters.The simulation results are compared with this numerical model where the predicted values match with the simulated values.     

A 220 GHz dynamic frequency divider in 0.5 μm InP DHBT technology

A high performance 3 inch 0.5 μ m InP DHBT technology with three interconnecting layers has been developed. The epitaxial layer structure and geometry parameters of the device were carefully studied to get the required performances. The 0.5×5 μm² InP DHBTs demonstrated f_t=350 GHz, f_max=532 GHz and BV_CEO=4.8 V, which were modeled using Agilent-HBT large signal model. As a benchmark circuit, a dynamic frequency divider operating from 110 to 220 GHz has been designed, fabricated and measured with this technology. The ultra-high-speed 0.5 μm InP DHBT technology offers a combination of ultra-high-speed and high breakdown voltage, which makes it an ideal candidate for next generation 100 GHz+mixed signal integrated circuits.     

30 nm T-gate enhancement-mode InAlN/AlN/GaN HEMT on SiC substratesfor future high power RF applications

The DC and RF performance of 30 nm gate length enhancement mode (E-mode) InAlN/AlN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) on SiC substrate with heavily doped source and drain region have been investigated using the Synopsys TCAD tool. The proposed device has the features of a recessed T-gate structure, InGaN back barrier and Al₂O₃ passivated device surface. The proposed HEMT exhibits a maximum drain current density of 2.1 A/mm, transconductance g_m of 1050 mS/mm, current gain cut-off frequency f_t of 350 GHz and power gain cut-off frequency f_max of 340 GHz. At room temperature the measured carrier mobility (μ), sheet charge carrier density (n_s) and breakdown voltage are 1580 cm²/(V·s), 1.9×10¹³ cm^-2, and 10.7 V respectively. The superlatives of the proposed HEMTs are bewitching competitor or future sub-millimeter wave high power RF VLSI circuit applications.     

最大振荡频率为200 GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

本文报道了fmax为200GHz的基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管（HEMT）。外延材料结构采用了InGaN背势垒层来减小短沟道效应,器件采用了凹栅槽和T型栅结合的工艺,实现了Ka波段AlGaN/GaN HEMT。器件饱和电流达到1.1A/mm,跨导为421mS/mm,截止频率（fT）为30GHz,最大振荡频率（fmax）为105GHz。采用了湿法腐蚀工艺将器件的Si3N4钝化层去除后,器件的Cgs和Cgd减小,器件截止频率提高到50GHz,最大振荡频率提高到200GHz。     

最大振荡频率为200GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

报道了最大振荡频率为200 GHz的基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).外延材料结构采用InGaN背势垒层来减小短沟道效应,器件采用凹栅槽和T型栅结合的工艺,实现了Ka波段AlGaN/GaNHEMT.器件饱和电流达到1.1 A/mm,跨导为421 mS/mm,截止频率(fT)为30 GHz...     

Si/SiGe/Si HBT频率特性的解析模型与模拟

用解析的方法模拟了T＝300K和77K时，fT和fmax与集电极电流密度Jc的关系，在大电流下考虑了异质结势垒效应的影响。模拟结果和用数值方法以及实验所得到的结果一致。同时，还建立了与之相应的Si／SiGeeb异质结和SiGe／Sibc异质结电容模型。     

功率增益截止频率为183GHz的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As HEMTs

通过合理的外延层材料结构设计和改进的器件制备工艺,制备出功率增益截止频率(fmax)为183GHz的晶格匹配InP基In0.53Ga0.47As-In0.52Al0.48As HEMT.该fmax为国内HEMT器件最高值.还报道了器件的结构、制备工艺以及器件的直流和高频特性.     

基于60 nm T型栅fT & fmax为170 & 210 GHz 的InAlN/GaN HFETs 器件

基于蓝宝石衬底InAlN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管 (HFETs)。基于再生长n GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm。此外,采用自对准栅工艺制备60 nm T型栅。由于器件尺寸的缩小,在Vgs= 1 V下,器件最大饱和电流(Ids)达到1.89 A/mm,峰值跨导达到462 mS/mm。根据小信号测试结果,外推得到器件的fT和fmax分别为170 GHz和210 GHz,该频率特性为国内InAlN/GaN HFETs器件频率的最高值。     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT.栅长1.2μm.源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V,ft和,fmax分别为5.2和9.3GHz.比较刎蚀前后的肖特基,Ⅰ-Ⅴ特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在.深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

射频Si/SiGe/Si HBT的研究

在Si／SiGe／SiHBT与Si工艺兼容的研究基础上，对射频Si／SiGe／SiHBT的射频特性和制备工艺进行了研究，分析了与器件结构有关的关键参数寄生电容和寄生电阻与Si／SiGe/Si HBT的特征频率fT和最高振荡频率fmax的关系，成功地制备了fT为2．5CHz、fmax为2．3GHz的射频Si／SiGe／SiHBT，为具有更好的射频性能的Si／SiGe／Si HBT的研究建立了基础。     

功率增益截止频率为183GHz的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As HEMTs

通过合理的外延层材料结构设计和改进的器件制备工艺,制备出功率增益截止频率（fmax）为183GHz的晶格匹配InP基In0.53Ga0.47As-In0.52Al0.48As HEMT。该fmax为国内HEMT器件最高值,还报道了器件的结构、制备工艺以及器件的直流和高频特性。     

太赫兹InP HEMT器件的建模

采用减小栅长(Lg)的方法可以显著提高磷化铟基高电子迁移率晶体管(InP HEMT)器件的直流和微波性能,并使器件的工作频率上升到太赫兹频段。采用T形栅工艺制备了70 nm栅长的InP HEMT器件,器件的直流跨导达到了2.87 S/mm,截止频率ft和最大振荡频率fmax分别为230 GHz和310 GHz。对器件的寄生参数进行了提取和去嵌入,得到了器件的本征S参数。采用经典的9参数模型拓扑结构对器件进行了小信号建模,模型仿真与测试结果拟合良好。针对电流的短沟道效应,采用电流分段的方法来拟合I-V曲线,取得了较好的拟合结果。最后采用Angelov模型对器件的电容进行建模,并最终建立了器件的大信号模型。     

f_（max）─载流子迁移率关系在高频HBT设计中的意义

在导出ＨＢＴ的最高振荡频率与载流子迁移率关系的基础上［１］,指出了多子在影响频率性能方面与少子同样重要,呈现的几何平均关系清楚地揭示出晶体管的“双极”工作原理。在比较Ｎｐｎ和ＰｎｐＨＢＴ的频率性能中给出了目前少子迁移率的选择方法。为了提高计算的正确性,提出应进行深入的少子迁移率测量研究,以能为计算提供系统的、可靠的实验数据。初步估算得出ＰｕｐＨＢＴ的ｆ（ｍａｘ）稍高于或等于Ｎｐｎ的ｆ（ｍａｘ）,最后,根据最高振荡频率与载流子迁移率的关系,对高频ＨＢＴ的最佳设计进行了比较系统的分析。     

哪种结构优越? Npn还是Pnp?

在分析影响f_(max)的因素后,导出了f_(max)与载流子迁移率的关系式,指出f_(max)不仅与少子迁移率有关,也与多子迁移率相关,是一种综合效应。并推断在材料和器件结构参数相同情况下,Pnp晶体管的f_(max)与Npn晶体管的f_(max)基本相等或稍高。     

基于MOCVD再生长n+ GaN 欧姆接触工艺fT/fmax＞150/210 GHz的AlGaN/GaN HFETs器件研究

基于SiC衬底AlGaN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+ GaN 欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小, 有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外, 采用自对准工艺制备了60 nm T型栅.由于器件尺寸的缩小, 在Vgs=2 V下, 器件最大饱和电流(Ids)达到2.0 A/mm, 该值为AlGaN/GaN HFETs器件直流测试下的最高值, 器件峰值跨导达到608 mS/mm.小信号测试表明, 器件fT和fmax最高值分别达到152 GHz和219 GHz.     

100nm GaAs MHEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长100nm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT(渐变组分高电子迁移率晶体管)。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件T形栅尺寸与工艺,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到460mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.23V时的最大非本征跨导gm为940mS/mm,截止频率ft达到220GHz,最大振荡频率fmax大于200GHz。     

156GHz 0.15μm GaAs Metamorphic HEMT器件研制

应用电子束直写技术成功制作了栅长0.15μm的高性能In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As GaAs MHEMT。从工艺角度,结合器件的小信号等效电路的理论分析,优化了器件源漏间距,从而减小了器件寄生参数,达到了较好的器件性能。最终制作的In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As MHEMT饱和电流达到495mA/mm,夹断电压-0.8V,在Vgs为-0.19V时的最大非本征跨导gm为1032mS/mm,截止频率ft达到156GHz,最大振荡频率fmax大于150GHz。     

InAs／InP_（0．7）Sb_（0．3）热电子晶体管的f_T及f_（max）

用电荷控制及热电子弹道运动模型计算ＩｎＡｓ／ＩｎＰ０．７Ｓｂ０．３热电子晶体管的截止频率ｆＴ及最高振荡频率ｆｍａｘ。结果表明，ｆＴ、ｆｍａｘ分别达到２８０ＧＨｚ及６００ＧＨｚ。并指出，通过生长ＧａＳｂ中间层，ＩｎＡｓ／ＩｎＰ０．７Ｓｂ０．３ＨＥＴ可在ＧａＡｓ衬底上实现单片集成。     

基于90nm低功耗NMOS工艺射频器件的版图优化

从器件版图结构的布局布线出发,提出了射频器件性能增强的的方法.寄生电容,寄生电阻会明显弱化大尺寸器件的射频性能,通过多个小尺寸单元管子的并联,形成大尺寸器件,从版图的布局布线出发,减小寄生电容,寄生电阻,优化器件结构,提升射频性能.在总栅宽一定时,通过变换单元器件的栅指数与器件的并联数,寻找最佳组合.通过优化,功率增益...     

高跨导AlGaN/GaN HEMT器件

报道了生长在蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN HEMT器件的制造工艺以及在室温下器件的性能.器件的栅长为1.0μm,源漏间距为4.0μm.器件的最大电流密度达到1000mA/mm,最大跨导高达198mS/mm,转移特性曲线表现出增益带宽较宽的特点.同时由所测得的S参数推出栅长为1.0μm器件的截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别为18.7GHz和19.1GHz.