栅槽刻蚀工艺对增强型GaN HEMT器件性能的影响

基于凹槽栅增强型氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)研究了不同的栅槽刻蚀工艺对GaN器件性能的影响。在栅槽刻蚀方面,采用了一种感应耦合等离子体(ICP)干法刻蚀技术与高温热氧化湿法刻蚀技术相结合的两步法刻蚀技术,将AlGaN势垒层全部刻蚀掉,制备出了阈值电压超过3 V的增强型Al_2O_3/AlGaN/GaN MIS-HEMT器件。相比于传统的ICP干法刻蚀技术,两步法是一种低损伤的自停止刻蚀技术,易于控制且具有高度可重复性,能够获得更高质量的刻蚀界面,所制备的器件增强型GaN MIS-HEMT器件具有阈值电压回滞小、电流开关比(I_ON/I_OFF)高、栅极泄漏电流小、击穿电压高等特性。     

一种降低GaN HEMT沟道温度的新结构

针对氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)沟道温度过高导致器件性能下降的问题,提出一种降低GaN HEMT沟道温度的新结构,通过优化沟道电场来降低沟道温度.该结构采用混合势垒层设计,将栅极下方的势垒层分为两层,上层采用AlN,下层采用重掺杂的AlGaN;此外,该结构还使用场板;为了更好的散热,该结构采用热导率更高的AlN代替传统的Si₃N₄作为器件的钝化层.场板和混合势垒层有利于改善沟道电场,降低器件沟道温度.仿真结果表明,相比于传统结构,新结构的沟道温度分布更加均匀,温度峰值下降47 K.此外,新结构的击穿电压提高50%,输出特性也得到了改善.     

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。     

X波段GaN HEMT的研制

采用双台面隔离工艺,实现了器件有源区隔离,隔离电压大于250 V/10μA.通过对金属化前和介质膜淀积前的预处理过程的改进,实现了较理想的肖特基势垒特性,电压也得到了大幅度提高,理想因子n值小于1.7,源漏击穿电压大于50 V/1 mA,栅源击穿电压大于40 V/1 mA,最终实现器件X波段连续波输出功率20 W,功率增益7 dB,功率密度8 W/mm.     

Ka波段GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段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T型栅各部分对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,以及栅金属厚度对最大震荡频率,栅场板对截止频率、最大震荡频率和内部电场的影响。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0.15~0.25um;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;为了提高最大振荡频率,栅金属厚度应大于0.4um;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0.3~0.4um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GaN HEMT的研究具有参考意义。     

氮化镓HEMT器件的新型Cold FET模型

改进等效寄生电感的提取对提高小信号等效电路模型的仿真精度具有重要意义,尤其是氮化镓器件(GaN).针对传统的等效寄生电感提取方法,本文推导了用于GaN HEMT器件的新型Cold FET模型及参数提取.通过对栅宽分别为200μm和1000μtm GaN HEMT的仿真/测试,表明:新的Cold FET模型可用于GaN HEMT器件等效寄生电感的提取.这将有助于场效应晶体管模型的研究.     

GaN HEMT器件中子辐照效应实验研究

建立了GaN HEMT器件(氮化镓高电子迁移率晶体管)中子原位测试技术和辐照效应实验方法,开展了GaN HEMT器件脉冲反应堆中子辐照效应实验研究,重点研究了电离辐射和位移损伤对器件性能退化的影响,获取了GaN HEMT中子位移损伤效应敏感参数和效应规律.结果表明,阈值电压、栅极泄漏电流以及漏极电流是中子辐照损伤的敏感...     

具有栅源间本征GaN调制层的AlGaN/GaN HEMT

为解决常规AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)因源极电子注入栅极右侧高场区造成的雪崩击穿,并提高器件的击穿电压,提出了一种具有栅源间本征GaN (i-GaN)调制层的新型AlGaN/GaN HEMT结构.新结构器件在反向耐压时将调制层下方部分区域的二维电子气(2DEG)完全耗尽,扩展了沟道的夹断区,有效阻止了源极电子向栅极右侧高场区的注入.仿真结果表明,通过设置适当的调制层长度和厚度,器件的击穿电压可从常规结构的862 V提升至新结构的1086 V,增幅达26％.同时,GaN调制层会微幅增大器件的比导通电阻,对阈值电压也具有一定的提升作用.     

一种P-GaN栅极结合槽栅技术的增强型HEMT

为了得到高击穿电压、高阈值电压的增强型GaN器件,提出了一种P型掺杂GaN(P-GaN)栅极结合槽栅技术的AlGaN/GaN/AlGaN双异质结结构.该器件的阈值电压高达3.4 V,击穿电压达738 V.利用Sentaurus TCAD进行仿真,对比了传统P-GaN栅与P-GaN栅结合槽栅的AlGaN/GaN/AlGa...     

磁控溅射AlN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压。在8GHz、55V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56dB和39.2%。     

A high-performance enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT

An enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT with a threshold voltage of 0.35 V was fabricated by fluorine plasma treatment.The enhancement-mode device demonstrates high-performance DC characteristics with a saturation current density of 667 mA/mm at a gate bias of 4 V and a peak transconductance of 201 mS/mm at a gate bias of 0.8 V.The current-gain cut-off frequency and the maximum oscillation frequency of the enhancement-mode device with a gate length of μm are 10.3 GHz and 12.5 GHz,respectively,which is comparable with the depletion-mode device.A numerical simulation supported by SIMS results was employed to give a reasonable explanation that the fluorine ions act as an acceptor trap center in the barrier layer.     

Optimization design on breakdown voltage of AlGaN/GaN high-electron mobility transistor

Simulations are carried out to explore the possibility of achieving high breakdown voltage of GaN HEMT (high-electron mobility transistor). GaN cap layers with gradual increase in the doping concentration from 2×10¹⁶ to 5×10¹⁹ cm^-3 of N-type and P-type cap are investigated, respectively. Simulation results show that HEMT with P-doped GaN cap layer shows more potential to achieve higher breakdown voltage than N-doped GaN cap layer under the same doping concentration. This is because the ionized net negative space charges in P-GaN cap layer could modulate the surface electric field which makes more contribution to RESURF effect. Furthermore, a novel GaN/AlGaN/GaN HEMT with P-doped GaN buried layer in GaN buffer between gate and drain electrode is proposed. It shows enhanced performance. The breakdown voltage of the proposed structure is 640 V which is increased by 12% in comparison to UID (un-intentionally doped) GaN/AlGaN/GaN HEMT. We calculated and analyzed the distribution of electrons'' density. It is found that the depleted region is wider and electric field maximum value is induced at the left edge of buried layer. So the novel structure with P-doped GaN buried layer embedded in GaN buffer has the better improving characteristics of the power devices.     

A high-performance enhancement-mode AIGaN/GaN HEMT

An enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT with a threshold voltage of 0.35 V was fabricated by fluorine plasma treatment.The enhancement-mode device demonstrates high-performance DC characteristics with a saturation current density of 667 mA/mm at a gate bias of 4 V and a peak transconductance of 201 mS/mm at a gate bias of 0.8 V. The current-gain cut-off frequency and the maximum oscillation frequency of the enhancement-mode device with a gate length of 1μm are 10.3 GHz and 12.5 GHz,respectively,which is compa...     

高性能的增强型AlGaN/GaN HEMT

采用氟离子处理的方法实现了阈值电压0.35V的增强型AlGaN/GaN HEMT 器件。该器件展示了高性能直流特性,最大饱和电流 667mA/mm,器件的峰值跨导达到203ms/mm。 1μm栅长电流增益截止频率和最大振荡截止频率分别为10.3GHz和12.5GHz,并且小信号特性在器件氟离子处理后并没有出现衰退。最后,采用SIMS的实验结果辅助进行了数值仿真,对氟离子在势垒层中起受主缺陷的理论给出了合理的解释。     

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。     

氟处理增强型InAlN/GaN HEMT直流和射频特性分析

报道了使用氟处理的方法制备的InAlN/GaN 增强型器件。 器件的阈值电压为0.86V。 在VGS=0 V ,VDS=5 V下得到器件跨导为0mS, 表现出了完全的关态特性。氟处理之后器件的栅漏电得到了降低。0.3μm栅长器件的电流截至频率（fT）与最大振荡频率(fMAX)分别为29.4GHz和36.7GHz。建立了器件的小信号模型用来描述器件本征与寄生参量。     

DC and RF characteristics of enhancement-mode InAIN/GaN HEMT with fluorine treatment

We report an enhancement-mode InA1N/GaN HEMT using a fluorine plasma treatment. The threshold voltage was measured to be ＋0.86 V by linear extrapolation from the transfer characteristics. The transconductance is 0 mS/mm at Vc, s = 0 V and VDS = 5 V, which shows a truly normal-offstate. The gate leakage current density of the enhancement-mode device shows two orders of magnitude lower than that of the depletion-mode device. The transfer characteristics of the E-mode InA1N/GaN HEMT at room temperature and high temperature are reported. The current gain cut-off frequency （fT） and the maximum oscillation frequency （fmax） of the enhancement-mode device with a gate length of 0.3 #m were 29.4 GHz and 37.6 GHz respectively, which is comparable with the depletion-mode device. A classical 16 elements small-signal model was deduced to describe the parasitic and the intrinsic parameters of the device.     

GaN基HEMT场板结构研究进展

综述了近年来GaN基HEMT场板结构研究的最新进展,介绍了场板结构定义以及提高栅漏击穿电压的原理,总结了均匀场板结构、台阶场板结构、多层场板结构、双场板结构等对栅漏击穿电压BVGD的改善情况,叙述了栅终端场板和源终端场板的功率附加效率(PAE)、截止频率fT、最大振荡频率fMAX、增益等微波特性的不同点,获得了最佳场板结构以及场板连接方式.