AlN阻挡层对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

利用低压MOCVD技术在蓝宝石衬底上生长了AlGaN/GaN异质结和AlGaN/AlN/GaN异质结二维电子气材料,采用相同器件工艺制造出了AlGaN/GaN HEMT器件和AlGaN/AlN/GaN HEMT器件.通过对两种不同器件的比较和讨论,研究了AlN阻挡层的增加对AlGaN/GaN HEMT器件性能的影响.     

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.     

AlGaN/GaN基HEMT器件的研究进展(英文)

由于AlGaN具有高的击穿电场(3 MV/cm,是GaAs的7.5倍),且在AlGaN/GaN异质结处存在高浓度的极化诱导二维电子气,AlGaN基高电子迁移率晶体管是目前最适合应用于微波大功率放大领域的器件。着重对影响高频大功率AlGaN/GaN性能的材料结构和器件制作进行了阐述。     

具有高击穿电压的AlN背势垒AlGaN/GaN/AlN HEMT材料

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)技术在4英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上制备了1.2μm厚的AlN背势垒的AlGaN/GaN/AlN双异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,其AlGaN势垒层表面粗糙度(RMS)、二维电子气(2DEG)迁移率以及HEMT材料的弯曲度都较为接近于常规的高阻GaN背势垒结构的HEMT材料。由于AlN晶格常数较小,具有AlN背势垒的HEMT材料受到了更大的压应力。通过对比分析两种HEMT材料所制备的器件发现,受益于AlN背势垒层更高的禁带宽度和临界电场,由AlN背势垒HEMT材料所制备的器件三端关态击穿电压为常规高阻GaN背势垒HEMT器件的1.5倍,缓冲层漏电流则较常规高阻GaN背势垒HEMT器件低2～3个数量级。     

AlGaN/GaN HEMT势垒层厚度影响的模拟及优化

完成了对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的结构设计及器件物理特性的验证等工作.使用TCAD软件完成了该器件直流特性及微波特性等性能的模拟.建立该器件的极化效应模型是本项研究的重点.完成了对异质结条件下诸多模型参数的筛选及修正,得到了符合理论的模拟结果.器件特性的验证与优化基于势垒层厚度h的变化展开,研究...     

AlGaN/GaN HEMT高温特性的研究进展

回顾了在高温条件下A1GaN/GaN HEMT器件特性的研究进展.发现2DEG的高温特性是影响器件高温性能的根本内在因素,且外延材料的缺陷、衬底及其器件的封装形式也影响器件的高温特性.最后总结了适合高温下工作的AlGaN/GaN HEMT的改进方法.     

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/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑Al Ga N / Ga N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Al Ga N / Ga N 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Al Ga N/ Ga N 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Al Ga N/ Ga N HEMT器件的结构优化进行了分析.     

4W/mm蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT

报道了利用南京电子器件研究所生长的蓝宝石衬底AlGaN/GaN异质结材料制作的HEMT,器件功率输出密度达4W/mm。通过材料结构及生长条件的优化,利用MOCVD技术获得了二维电子气(2DEG)面密度为0.97×1013cm-2、迁移率为1000cm2/Vs的AlGaN/GaN异质结构材料,用此材料完成了栅长1μm、栅宽200μm AlGaN/GaN HEMT器件的研制。小信号测试表明器件的fT为17GHz、最高振荡频率fmax为40GHz;负载牵引测试得到2GHz下器件的饱和输出功率密度为4.04W/mm。     

应用于微波通信系统新型器件GaN HEMT研究

通过自洽求解一维泊松方程,计算了应用于微波通信系统的非故意掺杂AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的外延层结构参数对器件的二维电子气(2DEG)浓度,跨导等性能的影响.通过理论分析并结合TCAD软件最终确定AlGaN/AlN/GaN HEMT的最佳外延层结构.对栅长0.3 μm和栅宽100 μm的器件仿真结果表明,器件的最大跨导为418 mS/mm,器件的最大电流密度为2 300 mA/mm,性能良好.     

含有Al组分阶变AlGaN过渡层的Si基AlGaN/GaN HEMT

采用一个AlN缓冲层和两个Al组分阶变的AlGaN过渡层作为中间层,在76.2mm Si衬底上外延生长出1.7μm厚无裂纹AlGaN/GaN异质结材料,利用原子力显微镜、X射线衍射、Hall效应测量和CV测量等手段对材料的结构特性和电学性能进行了表征。材料表面平整光滑,晶体质量和电学性能良好,2DEG面密度为1.12×1013cm-2,迁移率为1 208cm2/(V.s)。由该材料研制的栅长为1μm的AlGaN/GaN HEMT器件,电流增益截止频率fT达到10.4GHz,这些结果表明组分阶变AlGaN过渡层技术可用于实现高性能Si基GaN HEMT。     

14W X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

报道了研制的SiC衬底AIGaN/GaN HEMT微带结构微波功率MMIC,芯片工艺采用凹槽栅场板结构提高AlGaN/GaNHEMTs的微波功率特性.S参数测试结果表明AlGaN/GaN HEMTs的频率特性随器件的工作电压变化显著.研制的该2级功率MMIC在9～11GHz带内30V工作,输出功率大于10W,功率增益大于12dB,带内峰值输出功率达到14.7W,功率增益为13.7dB,功率附加效率为23%,该芯片尺寸仅为2.0mm×1.1mm.与已发表的X波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC研制结果相比,本项工作在单位毫米栅宽输出功率和芯片单位面积输出功率方面具有优势.     

Optimization of the parameters of HEMT GaN/AlN/AlGaN heterostructures for microwave transistors using numerical simulation

The numerical simulation, and theoretical and experimental optimization of field-effect microwave high-electron-mobility transistors (HEMTs) based on GaN/AlN/AlGaN heterostructures are performed. The results of the study showed that the optimal thicknesses and compositions of the heterostructure layers, allowing high microwave power implementation, are in relatively narrow ranges. It is shown that numerical simulation can be efficiently applied to the development of microwave HEMTs, taking into account basic physical phenomena and features of actual device structures.     

InAlN/AlN/GaN HEMT器件特性研究

通过利用MOCVD生长的高质量蓝宝石衬底InAlN/AlN/GaN异质结材料,获得了高的二维电子气面密度,其值为1.65×10<'13>cm<'-2>.通过该结构制备了0.15 μm栅长InAlN/AIN/GaN HEMT器件,获得了相关的电学特性:最大电流密度为1.3A/mm,峰值跨导为260mS/ram,电流增益截...     

不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN的记忆效应

研究了低温(LT) GaN和AlN不同插入层对抑制Mg掺杂p-GaN金属有机化学气相沉积外延中存在的记忆效应的影响,外延生长p-GaN缓冲层,制作具有该缓冲层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),并对该器件进行电学测试.二次离子质谱仪测试表明p-GaN上10 nm厚的LT-GaN插入层相比于2 nm厚的AlN插入层能更好地抑制Mg扩散.霍尔测试表明,2 nm厚的AlN插入层的引入和GaN存在较大的晶格失配会引入位错,进而会降低AlGaN/GaNHEMT的电子迁移率以及增加其方块电阻;含有10 nm厚的LT-GaN插入层的p-GaN作为缓冲层的AlGaN/GaN HEMT,其方块电阻、电子迁移率以及二维电子气(2DEG)密度分别为334.9 Ω/口,1 923 cm2/(V·s)和9.68×1012 cm-2.器件具有很好的直流特性,其饱和电流为470 mA/mm,峰值跨导为57.7 mS/mm,电流开关比为3.13×109.     

MOCVD-Grown AlGaN Buffer GaN HEMTs With V-Gates for Microwave Power Applications

We report the performance of AlGaN buffer GaN high-electron mobility transistors (HEMTs) grown by metal–organic chemical vapor deposition. GaN HEMTs on high-quality AlGaN buffer were grown on SiC substrates. The incorporation of an AlGaN buffer into the GaN HEMT significantly improves channel confinement and suppresses the short-channel effect. Advanced deep-recess V-gate structures were employed to optimize the device for better microwave power performance. With a 10-nm GaN channel layer sandwiched between the AlGaN barrier and buffer, excellent power performance was achieved. The output power density is 13.1 W/mm, and the associated power-added efficiency is 72% at 4-GHz frequency and 48-V drain bias. This power performance is comparable to the state-of-the-art GaN HEMTs grown on GaN buffers, indicating that the AlGaN buffer in our optimized device structure does not introduce any noticeable trapping.      

Fabrication and characterization of high performance AlGaN/GaN HEMTs on sapphire with silicon nitride passivation

AlGaN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs)with high performance were fabricated and characterized.A variety of techniques were used to improve device performance,such as AlN interlayer,silicon nitride passivation,high aspect ratio T-shaped gate,low resistance ohmic contact and short drain-source distance. DC and RF performances of as-fabricated HEMTs were characterized by utilizing a semiconductor characterization system and a vector network analyzer,respectively.As-fabricated devices exhibited a maximum drain current density of 1.41 A/mm and a maximum peak extrinsic transconductance of 317 mS/mm.The obtained current density is larger than those reported in the literature to date,implemented with a domestic wafer and processes.Furthermore, a unity current gain cut-off frequency of 74.3 GHz and a maximum oscillation frequency of 112.4 GHz were obtained on a device with an 80 nm gate length.     

采用AlN/SiNx钝化的高性能AlGaN/GaN HEMTs

两种不同的钝化层结构被应用到势垒层厚度为12 nm的AlGa/GaN 高电子迁移率场效应晶体管中。首先采用等离子增强原子层沉积(PEALD)技术生长5 nm的AlN薄膜,然后再覆盖50 nm的等离子增强化学气相淀积(PECVD)生长的SiNx。相比于传统的SiNx钝化,AlN钝化层的插入更有效地抑制了电流崩塌效应,同时获得了小的亚阈值斜率(SS)。AlN钝化层的插入增大了器件的射频跨导从而获得了较高的截止频率。另外,通过变温直流特性测试发现,AlN/SiNx钝化的器件在高温时饱和电流和最大跨导的衰退相对于仅采用SiNx钝化的器件都要小,表明AlN钝化层的插入改善了器件的高温稳定性。     

Low-Frequency Noise Characteristics in Ion-Implanted GaN-Based HEMTs

Low-frequency noise characteristics in ion-implanted GaN/AlGaN/GaN and AlGaN/GaN HEMTs were investigated. The normalized spectral noise density was about 6 dB lower in GaN/AlGaN/GaN HEMTs than in AlGaN/GaN HEMTs. The normalized spectral noise density dependence on the gate length Lg indicates that the main origin of low-frequency noise is at the region under the gate in both devices. The Hooge parameters alphaH for both devices are on the order of 10^-1-10^{- 2}. The ion implantation process introduces a lot of defects in the source/drain regions, but the values of alphaH are comparable with those for conventional GaN-based HEMT devices. The values of alphaH are also lower in GaN/AlGaN/GaN HEMTs than in AlGaN/GaN HEMTs, which is due to the decrease of surface potential fluctuations in GaN/AlGaN/GaN HEMTs.     

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。