栅宽对AlGaN/GaN HEMTs亚阈值摆幅的影响

制备了不同栅极宽度的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，通过测量各器件电容-电压曲线和转移特性曲线，得到了栅沟道载流子输运特性以及亚阈值摆幅，结果显示当栅极宽度从10μm增加到50μm时，亚阈值摆幅下降了40.3%.定性且定量地分析了亚阈值摆幅值随栅极宽度变化的原因，发现不同的栅极宽度对应不同的极化散射强度，亚阈值摆幅的变化是由栅沟道载流子输运特性和极化散射效应造成的.为AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管开关性能优化提供了新的视角与维度，将促进其更好地应用于无线通信、电力传输以及国防军工领域.     

GaN HEMT器件60Co-γ辐照效应研究

研究了总剂量4 Mrad(Si) ⁶⁰Co-γ辐照对AlGaN/GaN HEMT器件的影响，器件在辐照过程中采用不同的加电方式。辐照过程会增加器件的栅泄漏电流，但辐照终止后电流快速恢复至初始状态。对比辐照前后的直流性能，器件的肖特基势垒高度、阈值电压、漏电流、跨导等未出现退化问题。实验结果表明，基于自主开发的GaN标准工艺平台所制备AlGaN/GaN HEMT器件，具有稳定可靠的⁶⁰Co-γ抗辐照能力。     

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...     

fT为102 GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管

研究了一款高性能的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件(HEMT),器件基于在蓝宝石衬底上外延生长的AlGaN/GaN异质结构HEMT材料,器件栅长为86 nm,源漏间距为0.8μm。电子束光刻实现T型栅和源漏,保证了器件小的栅长和高的对准精度。制备的器件显示了良好的直流特性和射频特性,在栅偏压为0 V时漏电流密度为995 mA/mm,在栅源电压Vgs为-4.5 V时,最大峰值跨导为225 mS/mm;器件的电流增益截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为102和147 GHz。高fT值一方面得益于小栅长,另一方面由于小源漏间距减小了源漏沟道电阻。     

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%。     

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.     

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的可靠性

利用正向肖特基结结电压与温度的线性关系,对AlGaN/GaN HEMT器件有源区瞬态温升进行了测量,其热阻为19.6℃/W。比较了不同测温方法和外界环境对器件沟道温升的影响。并研究了栅极施加反向直流阶梯应力对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响,结果表明器件在应力作用下电学参数退化,大信号寄生源/漏极电阻RS/RD和栅源正向I-V特性在击穿后能得到恢复。AlGaN势垒层陷阱俘获电子和电子填充栅极表面态是器件参数退化的原因,表面态恢复是器件参数恢复的主要原因。     

应用于X波段的0.2um V型栅槽AlGaN/GaN HEMT

研制出0.2um栅长 V型栅槽AlGaN/GaN HEMT。该0.2um栅槽是由0.6um 的光刻设计尺寸经过SiN各项同性淀积和各项异性刻蚀而形成。该0.2um栅长V型栅槽AlGaN/GaN HEMT最大截止频率为35GHz,最大震荡频率60GHz。在10GHz频率和20V漏偏压下,该器件最大输出功率达到4.44 W/mm ,功率附加效率49%。     

AlGaN/GaN HEMT低温直流特性研究

研究了20℃～-70℃栅宽为100μm、栅长为1μm的AlGaN/GaN HEMT的直流特性.随温度降低，电子迁移率增大，而二维电子气密度基本不变，HEMT饱和漏电流IDsat增大;阈值电压低温时有所下降，在一定温度范围内变化不明显，其原因除栅肖特基势垒高度、AlGaN/GaN导带差发生变化外，还可能与器件制备工艺和源极串联电阻有关。     

电子辐照对AlGaN/GaN HEMT器件电特性的影响

采用能量为1 MeV的电子对几种不同结构的A1GaN/GaN HEMT器件进行了最高注量为8.575×1014 cm-2的辐照.实验发现:电子辐照后,最高注量下器件欧姆接触性能也几乎没有退化.辐照后来钝化器件的正反向栅电流有所增加,而且肖特基势垒高度随着辐照注量的增加而降低.几种结构HEMT器件的辐照结果表明,电子辐照后只有未钝化器件的特性有所退化,随着辐照注量增加,器件漏电流和跨导下降越明显,而且线性区退化大于饱和区,而阈值电压变化很小.分析表明,HEMT器件参数性能退化的主要原因是栅源和栅漏间隔区辐照感生表面态负电荷的产生.此外实验结果也说明SiN钝化、MOS结构和场板结构都是很好的抗辐照加固的手段.     

一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型

在EEHEMT1模型的基础上给出一种新的A1GaN/GaN HEMT半经验直流特性模型,考虑了栅源电压对膝点电压的影响,得到描述AlGaN/GaN HEMT器件I-Ⅴ特性的方程.此模型可以应用于蓝宝石和SiC两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的I-Ⅴ特性模拟.仿真结果和实验测量结果拟合误差小于3%.     

一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型

在EEHEMT1模型的基础上给出一种新的A1GaN/GaN HEMT半经验直流特性模型,考虑了栅源电压对膝点电压的影响,得到描述AlGaN/GaN HEMT器件I-Ⅴ特性的方程.此模型可以应用于蓝宝石和SiC两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的I-Ⅴ特性模拟.仿真结果和实验测量结果拟合误差小于3%.     

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.     

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。     

凹槽栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT特性分析

研究了无场调制板结构、有场调制板结构但无凹槽栅、结合场调制板结构和凹槽栅工艺三种AlGaN/GaN HEMT的动态I-V特性和微波特性,认为场调制板结构和凹槽栅工艺可以有效改善AlGaN/GaN HEMT器件沟道内电场分布,显著减小电流崩塌现象,提高器件的微波输出功率特性.利用此技术研制的1mm栅宽AlGaN/GaNHEMT输出功率大于10W.     

凹槽栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT特性分析

研究了无场调制板结构、有场调制板结构但无凹槽栅、结合场调制板结构和凹槽栅工艺三种AlGaN/GaN HEMT的动态I-V特性和微波特性,认为场调制板结构和凹槽栅工艺可以有效改善AlGaN/GaN HEMT器件沟道内电场分布,显著减小电流崩塌现象,提高器件的微波输出功率特性.利用此技术研制的1mm栅宽AlGaN/GaNHEMT输出功率大于10W.     

干法刻蚀和氢等离子体处理制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT特性

增强型p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅与源漏之间的沟道特性对器件性能具有重要的影响.在同一晶圆衬底上,采用干法刻蚀和氢等离子体处理栅与源、漏之间的p-GaN,制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT.对器件静态、动态特性和栅极漏电特性进行研究,采用两种方法制备的器件均具有较高的击穿电压(＞850 V@10 μA/mm).通过氢等离子体处理制备的器件的方块电阻较大,导致输出电流密度较低,在动态特性和栅极漏电方面具有明显的优势,氢等离子体处理技术提高了界面态的缺陷激活能,从而实现了较低的栅极反向漏电.     

AlGaN/GaN HEMT电容及充电时间的研究

通过计算AlGaN/GaN HEMT二维电子气中的电势、载流子以及调制掺杂载流子寿命,得到AlGaN/GaN HEMT电容和充电时间,研究了AlGaN掺杂层浓度和厚度对器件的时间响应分析了AlGaN/GaN HEMT器件的高频特性。结果表明,栅电容随着AlGaN掺杂层浓度和厚度的增加逐渐减小。随着AlGaN层掺杂浓度的增大,电容充电时间先减后增,当掺杂浓度达到 时,电容充电时间达到极小值,在AlGaN掺杂层厚度等于7nm时电容充电时间最短。     

大电流密度高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

在SiC衬底上制备得到了表面钝化氮化硅(SiN)的AlGaN/Ga N高电子迁移率场效应晶体管(HEMTs)。采用高电子浓度的AlGaN/GaN异质结材料、90 nm T型栅、100 nm SiN表面钝化、低欧姆接触以及较短漏源间距等方法来提升器件性能。在Vgs=4 V时器件的最大漏源饱和电流密度为1.72 A/mm,最大跨导为305 m S/mm,此结果为国内报道的AlGaN/GaN HEMT器件最大漏源饱和电流密度。此外,栅长为90 nm T型栅器件的电流增益截止频率(fT)为109GHz,最大振荡频率(fmax)为144 GHz。     

F等离子体处理 AlGaN/GaN HEMT击穿电压和电流崩塌研究

F等离子体处理工艺被广泛的应用于 AlGaN/GaN HEMT增强型器件的研制和栅前处理工艺。本文研究了低功率F处理 AlGaN/GaN HEMT的击穿特性和电流崩塌特性。随着F处理时间的增加,饱和电流下降,阈值电压正向移动。对不同F处理时间的器件肖特基特性分析后发现,120s的F处理后器件栅泄漏电流明显减小,器件击穿电压提高,当F处理时间大于120s后,由于长时间F处理带来的损伤器件栅泄漏电流没有继续减小。采用不同偏置下的双脉冲测试对不同F处理时间的电流崩塌特性进行了研究,低功率F处理后没有发现明显的电流崩塌现象。