钝化前表面预处理对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响

提出一种新的钝化技术--采用盐酸和氢氟酸混合预处理溶液(HF:HCI:H2O=1:4:20)对AIGaN/GaNHEMTs进行表面预处理后冉淀积Si3N4钝化,研究了新型钝化技术对AlGaN/GaN HEMTs性能的影响并分析其机理.与用常规方法钝化的器件相比,经过表面顶处理再钝化,成功地抑制了 AIGaN/GaN HEMTs肖特基特性的恶化,有效地增强抑制电流崩塌效应的能力,将GaN基HEMTs的输出功率密度提高到5.2W/mm,并展现良好的电学可靠性.通过X射线光电子谱(XPS)检测预处理前后的AIGaN表面,观察到经过预处理后的AIGaN表面氧元素的含量大幅度下降.表面氧元素的含量下降,能有效地降低表面态密度和表面电荷陷阱密度,被认为是提高AIGaN/GaN HEMTs性能的主要原因.     

UV/Ozone 表面处理对AlGaN/GaN HEMTs 性能的影响

工艺过程中对晶圆表面处理对制作出高性能的AlGaN/GaN HEMT起到至关重要的作用,洁净的表面能够有效提高器件性能以及器件可靠性。本文发现通过UV/Ozone表面处理,AlGaN/GaN HEMT器件的欧姆接触以及肖特基接触的电学特性均发生明显变化,根据实验中现象以及相关实验数据,并且采用X射线光电子能谱对实验样品进行表面分析测试,着重阐述了UV/Ozone处理对晶圆表面的作用,以及其影响AlGaN/GaN HEMT器件欧姆接触特性以及肖特基接触特性的原因。     

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。     

表面态对AlGaN/GaN异质结构中二维电子气的影响

基于静电学分析,得出表面态是电子的一个重要来源.基于这一分析,可以解释已发表的关于二维电子气(2DEC)的大量数据.例如,2DEG密度随着AlGaN层厚度、Al组分的变化的原因.当A10.3Ga0.7N/GaN结构中生长一层5 nm厚的GaN冒层时,2DEG浓度由1.47×1013cm-2减少到1.20×1013cm-2,减少是由于表面类施主态离化减少.由于充分厚的GaN冒层导致GaN/AlGaN/GaN上界面形成二维空穴气(2DHG),所以在超出特定的冒层厚度时2DEG浓度达到饱和.     

AlGaN/GaN共栅共源HEMTs器件

研究了蓝宝石衬底AlGaN／GaN共栅共源器件的特性。该器件包括栅长0．8μm共源器件与栅长1μm的共栅器件。研究表明,共栅共源器件的第二栅压对的器件饱和电流与跨导有明显的调制作用,容易实现功率增益控制。与共源器件相比,共栅共源器件在微波特性上fT大约9GHz,比共源器件稍小,但是具有较低的反馈,显著增加的功率资用增益及较高的端口阻抗,与共源器件相比,稳定性更好,可以避免振荡的产生,结合GaN的高功率特性GaN共栅共源器件非常适合微波频段宽频大功率领域的应用。     

X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25μm栅长带有Γ栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,对比T型栅结构器件,研究了Γ栅场板引入对器件直流、小信号及微波功率特性的影响。结果表明,Γ栅场板结构减小器件截止频率及振荡频率,但明显改善器件膝点电压和输出功率密度。针对场板长度分别为0.4、0.7、0.9、1.1μm,得出一定范围内增加场板长度,器件输出功率大幅度提高,并结合器件小信号模型提参结果分析原因。在频率8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度0.9μm的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率（PAE）35.31%,相应线性增益10.25 dB。     

X波段AlGaN/GaN HEMTs Γ栅场板结构研究

基于SiC衬底成功研制X波段0.25 μm栅长带有r栅场板结构的AlGaN/GaN HEMT,设计场板(field plate)长度为0.4 μm,0.6μm,0.7μm,0.9μm.研究了r栅场板长度及不同漏偏压下对器件直流,小信号特性及大信号的影响.器件直流I-V及转移特性并不依赖场板长度变化,增加场板长度器件击穿电压提高可达108 V,器件截止频率及振荡频率下降,输出功率大幅度提高,结合器件小信号提参结果分析.8 GHz下,总栅宽1 mm,场板长度为0.9 μm的器件,连续波输出功率密度7.11 W/mm,功率附加效率(PAE)35.31%,相应线性增益10.25 dB.     

高跨导AlGaN/GaN HEMT器件

报道了生长在蓝宝石衬底上的AlGaN/GaN HEMT器件的制造工艺以及在室温下器件的性能.器件的栅长为1.0μm,源漏间距为4.0μm.器件的最大电流密度达到1000mA/mm,最大跨导高达198mS/mm,转移特性曲线表现出增益带宽较宽的特点.同时由所测得的S参数推出栅长为1.0μm器件的截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别为18.7GHz和19.1GHz.     

SiN钝化对W波段AlGaN/GaN HEMT射频性能的影响

在SiC衬底上制备了栅长为110 nm、漏源间距为2μm的W波段AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMT),分析了SiN钝化对器件直流和射频特性的影响.研究发现:100 nm SiN钝化可显著提升器件的漏源饱和电流及峰值跨导,漏源饱和电流从1.27 A/mm增加至1.45 A/mm (Vgs=1 V),器件峰值跨导从300 mS/mm提升至370 mS/mm,这是由于SiN钝化显著提高了AlGaN/GaN异质结材料沟道电子浓度.此外,SiN钝化可有效抑制器件电流崩塌,显著改善器件直流回扫特性.然而,由于沟道电子浓度增大,钝化后器件中短沟效应增强,器件夹断特性变差.此外,SiN钝化后W波段AlGaN/GaN HEMTs的射频特性得到显著改善,器件的电流增益截止频率从钝化前的33 GHz提升至107 GHz,最高振荡频率从钝化前的65 GHz提升至156 GHz.     

高跨导AlGaN/GaN HEMT器件

报道了生长在蓝宝石衬底上的AlGaN/GaNHEMT器件的制造工艺以及在室温下器件的性能.器件的栅长为1 0 μm ,源漏间距为4 0 μm .器件的最大电流密度达到1 0 0 0mA/mm ,最大跨导高达1 98mS/mm ,转移特性曲线表现出增益带宽较宽的特点.同时由所测得的S参数推出栅长为1 0 μm器件的截止频率(fT)和最高振荡频率(fmax)分别为1 8 7GHz和1 9 1GHz.     

Electron transport in passivated AlGaN/GaN/Si HEMTs

AlGaN/GaN/Si high electron mobility transistors (HEMTs) grown by molecular beam epitaxy are investigated using direct-current and radio-frequency measurements. As has been found, the maximum of drain current achieves 881 mA/mm with an extrinsic current gain cutoff frequency of 37 GHz for a 0.25 µm gate length. Pulsed characteristics also showed a reduction of trapping centers that improves the quality of the epilayers.     

采用注入隔离制造的AlGaN/GaN HEMTs器件

对Al Ga N/Ga N 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n A.肖特基势垒的反向漏电流在- 1 0 V下约为几百n A.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70 0℃.     

SiN钝化前的NF3等离子体处理对AlGaN/GaN HEMT性能的影响

研究了SiN钝化前利用感应耦合等离子体（ICP）对AlGaN/GaN HEMT表面进行NF3等离子体处理对器件性能的影响. 结果表明,运用低能量的NF3等离子体处理钝化前的AlGaN/GaN HEMT表面能有效抑制器件电流崩塌,而器件直流及微波小信号特性则未受影响. 微波功率测试表明,经过6min NF3等离子体处理的AlGaN/GaN HEMT在2GHz, 30V工作电压下达到6.15W/mm的输出功率密度,而未经过处理的器件只达到1.82W/mm的输出功率密度.     

AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的研究进展

从欧姆接触形成的机理出发,介绍了在AlGaN/GaN HEMT中实现源和漏区欧姆接触的各种方法,如表面处理技术、金属化系统和重掺杂技术等.回顾了近年来这些方法的研究进展.     

Passivation of Surface and Interface States in AlGaN/GaN HEMT Structures by Annealing

The Ni/AlGaN interfaces in AlGaN/GaN Schottky diodes were investigated to explore the physical origin of post-annealing effects using electron beam induced current (EBIC), current–voltage (I–V) characteristics, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The EBIC images of the annealed diodes showed that the post-annealing process reduces electrically active states at the Schottky metal/AlGaN interfaces, leading to improvement of diode performance, for example a decrease in reverse leakage current and an increase in Schottky barrier heights. Pulsed I–V characteristics indicate the Fermi level is up-shifted after annealing, resulting in a larger sheet carrier density at the AlGaN/GaN interface. Unintentional oxidation of the free AlGaN surface during the post-annealing process, revealed by XPS analysis, may prevent electron trapping near the drain-side of the gate edges. We suggest that the post-annealing process under an optimized conditions can be an effective way of passivating AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors.     

基于氟等离子体表面处理技术的AlGaN/GaN HEMT器件栅正向泄漏电流研究

The gate forward leakage current in AlGaN/GaN high electron mobility transistors(HEMTs) is investigated. It is shown that the current which originated from the forward biased Schottky-gate contributed to the gate forward leakage current.Therefore,a fluorine-plasma surface treatment is presented to induce the negative ions into the AlGaN layer which results in a higher metal-semiconductor barrier.Consequently,the gate forward leakage current shrinks.Experimental results confirm that the gate forward leakage current is decreased by one order magnitude lower than that of HEMT device without plasma treatment.In addition,the DC characteristics of the HEMT device with plasma treatment have been studied.     

AlGaN/GaN HEMTs器件布局对器件性能影响分析

比较了空气桥跨细栅和空气桥跨栅总线两种源连接结构的1 mm AlGaN/GaN HEMTs器件的特性,对两种结构的管芯进行了等效电路参数提取.测试了两种布局方式下的不同源场板结构器件的射频以及功率性能,比较分析表明,空气桥跨细栅的源连接方式由于有效地降低了栅漏电容以及栅源电容,比空气桥跨栅总线源连接的器件能取得更好的频率特性以及功率特性.