采用注入隔离制造的AlGaN/GaN HEMTs器件

对AlGaN/GaN HEMT器件采用离子注入技术注入氦离子进行隔离,应用该技术制造出的器件在室温下具有很好的特性.器件的阈值电压在-3V左右时,源漏间电流为几十nA.肖特基势垒的反向漏电流在-10V下约为几百nA.与采用干法刻蚀技术进行隔离的器件相比,采用离子注入技术不但可以获得全平面化的HEMTs器件而且还有效地抑制了场区漏电.研究还表明氦离子注入的温度稳定性大于700℃.     

复合沟道氟离子增强型AlGaN/GaN HEMT的研究

提出一种复合沟道氟离子(F-)增强型AlGaN/GaN HEMT(Hybrid-channel enhancement-mode AlGaN/GaN HEMT,HCE-HEMT)新结构。该结构引入高、低浓度F-复合沟道,其中高浓度F-注入区位于沟道靠近源漏两端以调制阈值电压,获得增强型器件;低浓度F-区位于沟道中部以调制肖特基栅电极的正向开启电压,增加器件承受的栅电压摆幅,但它对其下方二维电子气的耗尽作用很弱。同时,高浓度区只占栅长的40%,减轻高浓度F-对沟道的影响,提升器件的电流能力。利用Sentaurus软件仿真,结果显示,与传统F-增强型AlGaN/GaN HEMT相比,HCE-HEMT载流能力提高了40.3%,比导通电阻下降了23.3%,同时反向耐压仅下降了5.3%。     

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.     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

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。     

表面处理与离子注入对GaN HEMT肖特基特性的影响

研究了不同的表面处理方法及离子注入对AlGaN/GaN HEMT肖特基特性的影响.在栅金属化前,采用不同的表面处理方法进行实验,发现通过表面处理,栅肖特基特性得到一定的改善,但还不能从根本上解决漏电大、理想因子偏高的问题.进一步实验发现,硼离子注入才是导致栅肖特基特性变差的主要因素,通过对离子注入的优化,器件栅金属化后的理想因子减小到1.6,栅源反向电压为-20 V时,反向泄漏电流为2.8×10-6 A.     

离子注入GaAs MESFET''''s的有限元二维数值分析

本文用有限元方法对离子注入 GaAs MESFET’s的稳态特性进行了二维数值模拟和分析,并与均匀掺杂器件作了比较.程序中,对边界条件、网格剖分和初值选取方法进行了改进.所开发的程序可以对不同尺寸、不同掺杂分布的平面栅、凹形栅 GaAs MESFET’s进行二维数值分析,得到其内部电位、电场、载流子浓度等物理量的二维分布和器件的I-V特性.本文还讨论了凹形栅的几何形状对器件内部电场强度的影响.最后,对实际的离子注入凹形栅GaAsMESFET进行了模拟,计算结果与实验数据基本吻合.     

新型的AlGaN/PZT材料紫外/红外双波段探测器

提出了一种可以同时同位置探测紫外和红外信号的新型探测结构,分析了该结构的合理性,并对器件工艺进行了设计、分析和验证,制备出了AlGaN/PZT原型器件.该结构以AlGaN多层材料和PZT复合薄膜为基础,利用AlGaN宽禁带半导体的本征吸收和铁电薄膜的热电转化功能,实现对紫外和红外信号的电学响应.对该结构中各膜层的透射和吸收进行了测试和分析,在小于6 μm的光谱测试范围内,宝石衬底的透过率约为80%,而AlGaN多层外延结构和多孔SiO2隔离层都对红外光吸收很少.结果证明:该结构可以实现不同吸收层对入射光束不同波段的吸收.以AlGaN器件工艺和溶胶-凝胶法制备PZT膜层为基础,研究了器件工艺,并最终研制出了首个AlGaN/PZT探测器件.     

AlGaN/GaN HEMT的B+注入隔离

报道了利用B+注入实现AlGaN/GaN HEMT的有源层隔离。通过优化离子注入的能量和剂量,获得了1011Ω/□的隔离电阻,隔离的高阻特性在700°C下保持稳定。分别制作了用B+注入和台面实现隔离的AlGaN/GaN HEMT,测试表明B+注入隔离的器件击穿电压大于70V,相比于台面隔离器件40V的击穿电压有很大提高;B+注入隔离器件电流增益截止频率fT和最大振荡频率fmax分别达到15GHz和38GHz,相比台面隔离器件的12GHz和31GHz有一定程度提高。     

离子注入GaAs MESFET''s的有限元二维数值分析

本文用有限元方法对离子注入 GaAs MESFET’s的稳态特性进行了二维数值模拟和分析,并与均匀掺杂器件作了比较.程序中,对边界条件、网格剖分和初值选取方法进行了改进.所开发的程序可以对不同尺寸、不同掺杂分布的平面栅、凹形栅 GaAs MESFET’s进行二维数值分析,得到其内部电位、电场、载流子浓度等物理量的二维分布和器件的I-V特性.本文还讨论了凹形栅的几何形状对器件内部电场强度的影响.最后,对实际的离子注入凹形栅GaAsMESFET进行了模拟,计算结果与实验数据基本吻合.     

Two-Dimensional Static Numerical Modeling and Simulation of AlGaN/GaN HEMT

考虑AlGaN/GaN材料的自发、压电极化效应和量子效应,通过泊松方程、薛定谔方程和流体力学方程组的数值自洽求解方法,对AlGaN/GaN HEMT的二维静态模型与模拟问题进行了研究,得到了器件区域的导带图、二维电子气分布、电子温度特性、直流输出和转移特性,并对模拟结果进行了分析与讨论.     

AlGaN/GaN HEMT二维静态模型与模拟

考虑AlGaN/GaN材料的自发、压电极化效应和量子效应,通过泊松方程、薛定谔方程和流体力学方程组的数值自洽求解方法,对AlGaN/GaN HEMT的二维静态模型与模拟问题进行了研究,得到了器件区域的导带图、二维电子气分布、电子温度特性、直流输出和转移特性,并对模拟结果进行了分析与讨论.     

AlGaN/GaN HEMT器件的光电特性研究

本文采用Silvaco TCAD软件在海威华芯0.25μm AlGaN/GaN HEMT工艺和设计规则下建立了AlGaN/GaN HEMT的二维仿真模型,对AlGaN/GaN HEMT器件在有/无光照条件下进行了击穿特性的仿真和研究,结果表明器件的光电流可以达到暗电流的4000倍以上;采用脉冲响应法对AlGaN/GaN HEMT器件进行了光电响应速度的仿真,结果表明该器件可实现580Hz光脉冲到电脉冲的转换。因此,本文研究的常规非光电工艺AlGaN/GaN HEMT器件可以用来制作具有内部增益的雪崩型紫外光电探测器。     

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。     

AlGaN/AlN/GaN肖特基二极管的电学性能

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长的AlGaN/AlN/GaN/蓝宝石材料制备了AlGaN肖特基二极管.器件的肖特基接触和欧姆接触分别为Ti/Pt和Ti/Al/Ti/Au,均采用电子束蒸发的方法沉积.AlGaN表面欧姆接触的比接触电阻率为7.48×10-4Ω/cm2,器件的I-V测试表明该AlGaN肖特基二极管具有较好的整流特性.根据器件的正向,I-V特性计算得到器件的势垒高度和理想因子分别为0.57eV和4.83.将器件在300℃中温退火,器件的电学性能有所改善.     

AlGaN/AlN/GaN肖特基二极管的电学性能

利用金属有机化学气相淀积(MOCVD)方法生长的AlGaN/AlN/GaN/蓝宝石材料制备了AlGaN肖特基二极管.器件的肖特基接触和欧姆接触分别为Ti/Pt和Ti/Al/Ti/Au,均采用电子束蒸发的方法沉积.AlGaN表面欧姆接触的比接触电阻率为7.48×10-4Ω/cm2,器件的I-V测试表明该AlGaN肖特基二极管具有较好的整流特性.根据器件的正向,I-V特性计算得到器件的势垒高度和理想因子分别为0.57eV和4.83.将器件在300℃中温退火,器件的电学性能有所改善.     

AlGaN/GaN界面特性研究进展

GaN是一种宽禁带半导体材料,由于具有优越的热稳定性和化学稳定性,使这种材料和与其相关的器件可以工作在高温和恶劣的环境中,并可用于大功率微波器件。本文主要介绍AlGaN/GaN有关界面特性,该特性反映了纵向纳米尺度下的能带特性;从AlGaN/GaNHEMT设计出发,给出了材料性质和结构参数对AlGaN/GaN异质结二维电子气特性影响的研究结果;讨论了AlGaN/GaN界面2DEG载流子的输运性质;分析了材料缺陷对AlGaN/GaN界面2DEG性质的影响;指出了有待研究的问题和方向。     

AlGaN基p-i-n光电探测器负响应现象研究

对AlGaN基p-i-n光电探测器的负光电响应特性进行研究,从实验上证实了器件中p型接触电极的肖特基特性是导致该现象的主导因素.不同偏压下的响应光谱表明,这些AlGaN光伏器件中存在较为明显的光导响应特性.光照和暗背景条件下的C-f曲线验证了器件中的持续光电导特性,而高铝组分铝镓氮材料内存在的大量缺陷被认为是该现象的起因.系统地研究了AlGaN基p-i-n光电探测器存在的负响应现象及其微观机理,为铝镓氮基日盲器件光电性能的优化提供了重要参考依据.     

毫米波AlGaN / GaN HEMT 交流特性研究

毫米波频段已经成为AlGaN/GaN HEMT研究的一个发展趋势。利用器件仿真软件TCAD,对AlGaN/GaN HEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaN HEMT器件本征S参数,在ADS中添加器件的非本征参数,得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上,进行了器件版图设计和流片,并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致,表明器件仿真的有效性和指导意义。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.