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.     

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。     

寄生电感对碳化硅MOSFET开关特性的影响

相比于传统的Si IGBT功率器件而言,碳化硅MOSFET可达到更高的开关频率、更高的工作温度以及更低的功率损耗.然而,快速的暂态过程使开关性能对回路的寄生参数更加敏感.因此,为了评估寄生电感对碳化硅MOSFET开关性能的影响,基于回路电感的概念,将栅极回路寄生电感、功率回路寄生电感以及共源极寄生电感等效成3个集总电感,并且从关断过电压、开通过电流及开关损耗等3个方面,对这3个电感对SiC MOSFET开关性能的影响进行了系统的对比研究.研究表明:共源极寄生电感对开关的影响最大,功率回路寄生电感次之,而栅极回路寄生电感影响最小.最后,基于实验分析结果,为高速开关电路的布局提出了一些值得借鉴的意见.     

GaN HEMT开关器件小信号模型

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)开关器件模型的研究对提高电路性能和缩短研发周期有着重要的意义.为了开发更加精确的电路模型,基于AlGaN/GaN HEMT开关器件的物理结构得到其等效电路模型.利用不同的方法提取开关器件的寄生电容、寄生电感以及寄生电阻.对于栅极附加有千欧姆量级偏置电阻的开关器件提出了一种新的本征参数提取方法.最后通过引入误差因子来评估该模型的准确性和应用在单刀双掷(SPDT)开关电路中检验模型的正确性.结果表明,误差因子E11 =E22＜2.96％,E12 =E21 ＜1.27％,开关电路拟合S参数与实测S参数结果基本吻合.所设计的小信号模型对未来GaN基电路设计提供了一定的理论指导.     

GaN HEMT电力电子器件技术研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件由于其击穿场强高、导通电阻低等优越的性能,在高达650 V额定电压等级的高效、高频转换器中有着广泛的应用前景。GaN HEMT器件的特性优势与其工艺结构、材料特性密切相关。介绍了耗尽型、增强型GaN HEMT的典型器件结构,并将国内外对结构设计以及材料优化等关键技术问题的研究现状进行了综述,并概括总结了GaN HEMT的技术发展趋势和最新参数指标。     

Si基GaN材料寄生导电层的研究

通过对Si基GaN材料的电学性能进行测量分析,确认了该材料体系所特有的寄生导电层现象。研究了寄生导电层对Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)微波功率性能和击穿性能的不良影响。通过材料生长工艺的优化,降低了寄生导电层的导电性,获得了击穿电压超过320V的Si基GaN HEMT功率电子器件。     

增强型AlGaN/GaN/AlGaN双异质结槽栅HEMT研究

为了在获得高击穿电压的同时实现增强型器件,对AlGaN/GaN/AlGaN双异质结HEMT进行了栅槽刻蚀,得到阈值电压为0.6 V的增强型HEMT。对器件特性的变化机理进行了分析,发现刻蚀引入的陷阱态使器件的击穿性能降低。采用变频电导法,定量研究了反应离子刻蚀在AlGaN/GaN/AlGaN双异质结HEMT中引入的陷阱态。研究表明,刻蚀工艺在双异质结HEMT中引入了大量的浅能级陷阱,这些陷阱的能级主要分布在0.36~0.40 eV。     

一种紧凑的GaN高电子迁移率晶体管大信号模型拓扑

GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）以其复杂的器件特性使其大信号建模变得十分困难,尽管EEHEMT、Angelov等模型结构曾经成功应用于GaAs HEMT/MESFET的大信号模型,但当它们被用于GaN HEMT建模时却不再准确和完备.面向GaN HEMT器件的大信号模型,本文提出了一种紧凑的模型拓扑,此模型拓扑综合了GaN HEMT器件的直流电压-电流（I-V）特性、非线性电容、寄生参数、栅延迟漏延迟与电流崩塌、自热效应以及噪声等特性.经验证此模型拓扑在仿真中具有很好的收敛性,适用于GaN HEMT器件的大信号模型的建立,满足GaN基微波电路设计对器件模型的需求.     

RC影响开关电源的损耗

影响SMPS(开关电源)转换效率的因素很多,诸如开关器件特性、SMPS控制器、PCB(印刷电路板)布局和质量。而SMPS中的电阻、电容的寄生特性往往被忽略了。当开关频率超过1MHz时,这些寄生特性会降低整个系统的性能。电阻的寄生特性主要来自它自身的结构和封装。例如,电阻的引线有电感,直插式电阻比引线较短的表贴式电阻的寄生电感大。而电阻封装时两引线的间距     

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。     

GaN HEMT器件封装技术研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件由于其宽禁带材料的独特性能,相比硅功率器件具有击穿场强高、导通电阻低、转换速度快等优势,在智能家电、交直流转换器、光伏逆变器以及电动汽车等领域有着广泛的应用前景.但GaN HEMT器件的高功率密度和高频工作特性,给器件封装带来了极大挑战,要使其出色性能得以充分发挥,其封装结构、材...     

标准氟离子注入实现增强型GaN基功率器件

介绍了一种直接利用离子注入机对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件的栅下进行氟(F)离子注入的方法,成功实现了增强型HEMT器件,阈值电压从耗尽型器件的-2.6V移动到增强型器件的+1.9V.研究了注入剂量对器件性能的影响,研究发现随着注入剂量的不断增加,阈值电压不断地正向移动,但由于存在高能F离子的注入损伤,器件的正向栅极漏电随着注入剂量的增加而不断上升,阈值电压正向移动也趋于饱和.因此,提出采用在AlGaN/GaN异质结表面沉积栅介质充当能量吸收层,降低离子注入过程中的损伤,成功实现了阈值电压为+3.3 V,饱和电流密度约为200 mA/mm,同时具有一个较高的开关比109的增强型金属-绝缘层-半导体HEMT (MIS-HEMT)器件.     

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。     

GaN功率器件栅驱动电路技术综述

第三代宽禁带半导体GaN晶体管具有低导通阻抗、低寄生参数和更快的开关速度,有望取代传统Si MOSFET,成为未来高性能电源系统实现方案。GaN器件的优势在400 V以上高压系统中更为明显,可以实现更高的开关频率和功率密度,显著提高系统的转换效率,特别适合电源模块小型化发展趋势。介绍了200 V以下低压GaN驱动电路的应用和关键技术。分析了从低压系统拓展到400 V以上高压系统时需要作出的优化与改进。详细介绍了高压GaN系统中基于无磁芯变压器耦合隔离的隔离驱动技术和耗尽型GaN负压栅驱动技术。最后,总结了目前高压GaN驱动电路在工业领域的具体应用。     

F等离子体处理增强型及耗尽型AlGaN/GaN HEMT集成SRAM单元电路和电平转换电路

我们设计并且制备了GaN基增强型/耗尽型（E/D 模）直接耦合6管静态随机存取存储器（SRAM）单元电路和电平转换电路。利用氟等离子处理工艺,使用适中的AlGaN势垒层厚度异质结材料,增强型和耗尽型铝镓氮/氮化镓 HEMTs被集成在了同一个晶片上。六管SRAM单元由对称的两个E/D模反相器和增强型开关管组成。在1V的工作电压下,SRAM单元电路的输出高电平和低电平分别为0.95V和0.07V。电平转换电路的工作电压为+6V和-6V,通过4个串联的镍-铝镓氮/氮化镓肖特基二极管使电压降低。通过轮流控制电平转换电路的两个反相器模块的开关状态,电平转换电路输出两路电压,分别为-0.5V和-5V。电平转换器的翻转电压为0.76V。SRAM单元电路和电平转换电路都能正确地工作,展现了氮化镓基E/D模数字和模拟集成电路的潜力。提出了几条设计上的考虑,以避免阈值电压的漂移对电路工作造成的影响。     

Design of Parasitic Inductance Reduction in GaN Cascode FET for High‐Efficiency Operation

This paper presents a method of parasitic inductance reduction for high‐speed switching and high‐efficiency operation of a cascode structure with a low‐voltage enhancement‐mode silicon (Si) metal–oxide–semiconductor field‐effect transistor (MOSFET) and a high‐voltage depletion‐mode gallium nitride (GaN) field‐effect transistor (FET). The method is proposed to add a bonding wire interconnected between the source electrode of the Si MOSFET and the gate electrode of the GaN FET in a conventional cascode structure package to reduce the most critical inductance, which provides the major switching loss for a high switching speed and high efficiency. From the measured results of the proposed and conventional GaN cascode FETs, the rising and falling times of the proposed GaN cascode FET were up to 3.4% and 8.0% faster than those of the conventional GaN cascode FET, respectively, under measurement conditions of 30 V and 5 A. During the rising and falling times, the energy losses of the proposed GaN cascode FET were up to 0.3% and 6.7% lower than those of the conventional GaN cascode FET, respectively.     

电流增益截止频率为236GHz的InAIN/GaN高频HEMT

研制了高电流增益截止频率(fT)的InAlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)再生长n+GaN非合金欧姆接触工艺将器件源漏间距缩小至600 nm,降低了源、漏寄生电阻,有利于改善器件的寄生效应;使用低压化学气相沉积(LPCVD)生长SiN作为栅下介质,降低了InAlN/GaN HEMT栅漏电;利用电子束光刻实现了栅长为50 nm的T型栅.此外,还讨论了寄生效应对器件fT的影响.测试结果表明,器件的栅漏电为3.8 μA/mm,饱和电流密度为2.5 A/mm,fT达到236 GHz.延时分析表明,器件的寄生延时为0.13 ps,在总延时中所占的比例为19％,优于合金欧姆接触工艺的结果.     

Design and simulation of a novel E-mode GaN MIS-HEMT based on a cascode connection for suppression of electric field under gate and improvement of reliability

We proposed a novel AlGaN/GaN enhancement-mode (E-mode) high electron mobility transistor (HEMT) with a dual-gate structure and carried out the detailed numerical simulation of device operation using Silvaco Atlas. The dual-gate device is based on a cascode connection of an E-mode and a D-mode gate. The simulation results show that electric field under the gate is decreased by more than 70% compared to that of the conventional E-mode MIS-HEMTs (from 2.83 MV/cm decreased to 0.83 MV/cm). Thus, with the discussion of ionized trap density, the proposed dual-gate structure can highly improve electric field-related reliability, such as, threshold voltage stability. In addition, compared with HEMT with field plate structure, the proposed structure exhibits a simplified fabrication process and a more effective suppression of high electric field.     

High-Temperature Operation of AlGaN/GaN HEMTs Direct-Coupled FET Logic (DCFL) Integrated Circuits

This letter presents the high-temperature performance of AlGaN/GaN HEMT direct-coupled FET logic (DCFL) integrated circuits. At 375 degC, enhancement-mode (E-mode) AlGaN/GaN HEMTs which are used as drivers in DCFL circuits exhibit proper E-mode operation with a threshold voltage (V_TH) of 0.24 V and a peak current density of 56 mA/mm. The monolithically integrated E/D-mode AlGaN/GaN HEMTs DCFL circuits deliver stable operations at 375 degC: An E/D-HEMT inverter with a drive/load ratio of 10 exhibits 0.1 V for logic-low noise margin (NM_L) and 0.3 V for logic-high-noise margin (NM_H) at a supply voltage (V_DD) of 3.0 V; a 17-stage ring oscillator exhibits a maximum oscillation frequency of 66 MHz, corresponding to a minimum propagation delay ( tau_pd) of 446 ps/stage at V_DD of 3.0 V