基于Al_2O_3介质的Ga_2O_3 MOSFET器件制备研究

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Fe掺杂半绝缘(010)Ga_2O_3同质衬底上外延得到n型β-Ga_2O_3薄膜材料,材料结构包括600 nm未掺杂的Ga_2O_3缓冲层和200 nmSi掺杂沟道层。对掺杂浓度为3.0×10~(17)和1.0×10~(18) cm~(–3)的样品进行了高温合金欧姆接触实验,在掺杂浓度为3.0×10~(17) cm~(–3)的样品上难以实现良好的欧姆接触,掺杂浓度为1.0×10~(18) cm~(–3)的样品实现了欧姆接触最低值(9.8W×mm)。基于掺杂浓度为1.0×10~(18) cm~(–3)的n型β-Ga_2O_3薄膜材料,采用原子层沉积的Al_2O_3作为栅下绝缘介质层,研制出Ga_2O_3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。栅压为2 V时,器件漏源饱和电流达到108 mA/mm,器件峰值跨导达到17 mS/mm。由于栅漏电特性较差,器件的三端击穿电压仅为23 V@V_(gs)=–12 V。采用高介电常数的HfO_2或者Al_2O_3/HfO_2复合结构作为栅下介质能够改善栅漏电特性,提升器件的击穿性能。     

一种具有多种谐振模式的太赫兹超表面器件

设计了一种中心对称的分裂环形状超表面结构,该结构具有偏振不敏感和高品质因子的特性。通过理论和实验研究,深入分析了其谐振点的频谱特性,并确定了谐振峰的模式,包括LC、偶极和高阶谐振等。其中,几种高阶谐振模式表现出较高的高品质因数Q(约230),并且对超表面衬底材料的介电常数变化高度敏感。此外,还研究了具有不对称超表面结构的电磁性质,发现通过分别增加超表面结构沿水平轴(x轴)和垂直轴(y轴)的不对称性,可以产生和增强0.332 THz和0.210 THz的谐振。     

基于MOCVD再生长n+ GaN 欧姆接触工艺fT/fmax＞150/210 GHz的AlGaN/GaN HFETs器件研究

基于SiC衬底AlGaN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+ GaN 欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小, 有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外, 采用自对准工艺制备了60 nm T型栅.由于器件尺寸的缩小, 在Vgs=2 V下, 器件最大饱和电流(Ids)达到2.0 A/mm, 该值为AlGaN/GaN HFETs器件直流测试下的最高值, 器件峰值跨导达到608 mS/mm.小信号测试表明, 器件fT和fmax最高值分别达到152 GHz和219 GHz.     

蓝宝石衬底上Ka波段AlN/GaN高电子迁移率晶体管

We report the DC and RF characteristics of AlN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) with the gate length of 100 nm on sapphire substrates. The device exhibits a maximum drain current density of 1.29 A/mm and a peak transconductance of 440 m S/mm. A current gain cutoff frequency and a maximum oscillation frequency of 119 GHz and 155 GHz have been obtained, respectively. Furthermore, the large signal load pull characteristics of the AlN/GaN HEMTs were measured at 29 GHz. An output power density of 429 m W/mm has been demonstrated at a drain bias of 10 V. To the authors’ best knowledge, this is the earliest demonstration of power density at the Ka band for Al N/Ga N HEMTs in the domestic, and also a high frequency of load-pull measurements for Al N/Ga N HEMTs.     

多阳极220GHz倍频器单片设计

介绍了一款基于GaAs肖特基二极管单片工艺的220 GHz倍频器的设计过程以及测试结果。为提高输出功率,倍频器采用多阳极结构,8个二极管在波导呈镜像对称排列,形成平衡式倍频器结构。采用差异式结电容设计解决了多阳极结构端口散射参数不一致问题,提高了倍频器的转换效率和工作带宽。对设计的倍频器进行流片、装配和测试,测试结果显示：倍频器在204～234 GHz频率范围内,转化效率大于15%;226 GHz峰值频率下实现最大输出功率为90.5 mW,转换效率为22.6%。设计的220 GHz倍频器输出功率高,转化效率高,工作带宽大。     

200～220 GHz平衡式高效率二倍频器

基于GaAs肖特基势垒二极管(SBD)芯片,研制了工作频率为200～220 GHz的二倍频器。采用抑制奇次谐波的平衡式电路拓扑结构以提高转换效率;采用击穿电压为-9 V的GaAs SBD并结合多阳极结结构芯片以提高输出功率;采用低阻微带线以减小波导短路面处的阻抗失配;采用三维电磁场仿真与谐波仿真结合的方法对二倍频器进行仿真。制作了二倍频器样品并对其输出功率、转换效率以及高/低温特性进行测试。测试结果表明该二倍频器在200～220 GHz的转换效率均大于10%,在215 GHz下实现了13.5 mW的输出功率和23.6%的转换效率。该二倍频器具有宽频带、高转换效率以及高/低温工作稳定等特点,可应用于下一代太赫兹通信、雷达等设备。     

基于双十字结构的太赫兹传感器设计

设计了一种基于双十字结构的多谐振峰太赫兹超材料传感器。整体结构由表面金属图案、中间介质和底面金属板组成。基本单元的表面图案呈双十字交叉状,介质材料为聚酰亚胺(Polyimide)。仿真结果表明,所提出的结构具有5个不同的谐振吸收峰,吸收率均超过90%。前3个谐振峰分别对应单元结构内部不同区域形成的基本磁谐振,后2个谐振峰则来源于单元结构间的相互作用。当传感器表面覆盖15μm厚的分析物时,该传感器各个谐振峰的灵敏度分别为72,137,234,353和252 GHz/RIU,且谐振峰偏移量与待测分析物折射率变化量呈较强的线性关系,具有优越的传感特性。此外,多峰传感器稳定性优于传统的单峰或双峰传感器,具有良好的抗干扰能力,有助于降低测量误差。所提出的这种高灵敏度多谐振峰传感器在微量分子检测领域具有广阔的应用前景。