增强型AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

随着高压开关和高速射频电路的发展,增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)成为该领域内的研究热点。增强型GaN基HEMT只有在加正栅压才有工作电流,可以大大拓展该器件在低功耗数字电路中的应用。近年来,国内外对增强型GaN基HEMT阈值电压的研究主要集中以下两个方面:在材料生长方面,通过生长薄势垒、降低Al组分、生长无极化电荷的AlGaN/GaN异质材料、生长InGaN或p-GaN盖帽层,来控制二维电子气浓度;在器件工艺方面,采用高功函数金属、MIS结构、刻蚀凹栅、F基等离子体处理,来控制表面电势,影响二维电子气浓度。从影响器件阈值电压的相关因素出发,探讨了实现和优化增强型GaN基HEMT的各种工艺方法和发展方向。     

栅下双异质结增强型AlGaN/GaN HEMT

为获得更高的阈值电压,提出了一种新型栅下双异质结增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).使用双异质结电荷控制模型分析了基本机理,推导了阈值电压表达式.仿真结果表明,器件阈值电压与调制层Al组分呈线性关系.当调制层Al组分小于势垒层时,阈值电压增大,反之减小.调制层厚度可加大这种调制作用.当调制层Al组分...     

GaN HEMT的温度特性及其应用

对0.25 μm双场板结构GaN HEMT器件的温度特性进行了研究.负载牵引测试结果显示,GaN HEMT增益的温度系数为-0.02 dB/°C、饱和输出功率系数为-0.004 dB/°C.大的增益温度系数结合GaN HEMT 自热效应引起的高温升对实际应用特别是功率MMIC的设计带来了挑战.按常温设计的GaN功率MM...     

AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的研究进展

从欧姆接触形成的机理出发,介绍了在AlGaN/GaN HEMT中实现源和漏区欧姆接触的各种方法,如表面处理技术、金属化系统和重掺杂技术等.回顾了近年来这些方法的研究进展.     

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. 比较刻蚀前后的肖特基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.     

蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的A lG aN/G aN HEM T(高电子迁移率晶体管)直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对A lG aN/G aN HEM T器件的影响,并同已有的实验结果进行了对比,符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于A lG aN/G aN HEM T器件测试及应用的实际情况。     

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.     

蓝宝石衬底上AIGaN／GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的AIGaN／GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对AlGaN／GaN HEMT器件的影响，并同已有的实验结果进行了对比，符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于AIGaN／GaN HEMT器件测试及应用的实际情况。     

AlGaN/GaN HEMT栅阶跃脉冲响应实验研究

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和阶跃脉冲之间关系的分析,提出了用快电子与慢电子释放两种过程来解释表面态电子弛豫,并建立漏极电流响应过程拟合算式。拟合得到与快、慢电子释放相关的时间常数分别为τ1=0.23s、τ2=1.38s,且拟合曲线与实验结果的最大误差不超过测试值的3%。该研究结果有助于电流崩塌机理的进一步探索。     

7.5～9.5 GHz AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管

报道了研制的1mm栅宽的AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管,在32V漏偏压下在7.5～9.5GHz频率范围内输出功率大于5W,功率附加效率典型值为30%,功率增益大于6dB,带内增益平坦度为±0.4dB,带内最大输出功率为6W。     

高性能1mm AlGaN/GaN功率HEMTs研制

报道了基于蓝宝石衬底的高性能1mm AlGaN/GaN HEMTs功率器件.为了提高微波功率器件性能，采用新的欧姆接触和新型空气桥方案．测试表明，器件电流密度为0.784A/mm，跨导197mS/mm，击穿电压大于40V，截止态漏电较小，1mm栅宽器件的单位截止频率达到20GHz，最大振荡频率为28GHz，功率增益为11dB，功率密度为1.2W/mm,PAE为32%,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力．     

栅脉冲下AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究

源于AlGaN/GaNHEMT器件的大量测试分析发现,栅脉冲条件下漏极电流比直流情况下减小了47%;随着信号频率的改变,漏极电流按μnCoxW[α (0.13 0.64f)VGS (0.13 0.32 f)VGS2](VGS-Vth)2/L的规律变化;脉冲信号宽度对漏电流崩塌影响较小.基于实验结果的理论分析认为,电子从栅极注入到栅漏之间并被表面态所俘获,在沟道中形成增加的耗尽层,使得沟道二维电子气浓度减小,从而导致形成电流崩塌效应的主要原因之一.该结论有助于AlGaN HEMT器件脉冲条件下电流崩塌效应理论解释和器件应用.     

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取.测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

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。     

Gate-structure optimization for high frequency power AlGaN/GaN HEMTs

The influence of gate-head and gate-source-spacing on the performance of AlGaN/GaN HEMTs was studied.Suggestions are then made to improve the performance of high frequency power AlGaN/GaN HEMTs by optimizing the gate-structure.Reducing the field-plate length can effectively enhance gain,current gain cutoff frequency and maximum frequency of oscillation.By reducing the field-plate length,devices with 0.35 μm gate length have exhibited a current gain cutoff frequency of 30 GHz and a maximum frequency of oscillation of 80 GHz.The maximum frequency of oscillation can be further optimized either by increasing the gate-metal thickness,or by using a t-shape gate (the gate where the gate-head tends to the source side).Reducing the gate-source spacing can enhance the maximum drain-current and breakdown voltage,which is beneficial in enhancing the maximum output power of AlGaN/GaN HEMTs.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

具有场板结构的AlGaN/GaN HEMT的直流特性

研制成功具有场板结构的AIGaN/GaN HEMT器件,对源场板、栅场板器件的性能进行了分析.场板的引入减小了器件漏电和肖特基漏电,提高了肖特基反向击穿电压.源漏间距4靘的HEMT的击穿电压由常规器件的65V提高到100V以上,肖特基反向漏电由37霢减小到5.7霢,减小了一个量级.肖特基击穿电压由常规结构的78V提高到100V以上.另外,还初步讨论了高频特性.     

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...     

一种改进的AlGaN/GaN HEMT全局直流模型

对Angelov直流FET模型进行改进,并应用同一遗传算法对改进前后的模型进行全局直流模型参数提取,平均相对误差分别为4.58%和1.8%。将模型计算值与实验数据进行对比,结果表明,改进后的模型能更加准确地描述AlGaN/GaN HEMT源漏电流随栅、漏电压变化的全局直流输出特性,从而为AlGaN/GaN HEMT提供一种准确的全局直流模型和精确的参数提取方法。