毫米波应用的场板结构0.15μm_gan_hemts

报道了毫米波应用的采用SiN介质辅助工艺的0.15μm场板结构GaN HEMTs。器件研制中采用了MOCVD技术外延在3英寸SiC衬底上的AlGaN/GaN异质结构材料,该材料采用了掺Fe缓冲层技术。器件栅脚和集成了场板的栅帽均由电子束刻写实现,并采用了栅挖槽技术用来控制器件的阈值电压。器件fT和fmax分别为39GHz和63GHz,24V电压、35GHz下的负载牵引测试结果显示0.15mm栅宽器件输出功率密度达到了4W/mm,对应的功率增益和功率附加效率分别为5dB和35%。该0.15μm GaN HEMTs技术满足Ka波段应用要求,可用于毫米波功率MMICs的研制。     

X波段高输出功率凹栅AlGaN/GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制出高输出功率AlGaN/GaN HEMT,优化了器件研制工艺,比接触电阻率小于1.0×10-6Ω·cm2,电流崩塌参量小于10%,击穿电压大于80V.小栅宽器件工作电压达到40V,频率为8GHz时输出功率密度大于10W/mm.栅宽为2mm单胞器件,工作电压为28V,频率为8GHz时,输出功率为12.3W,功率增益为4.9dB,功率附加效率为35%.四胞内匹配总栅宽为8mm器件,工作电压为27V时,频率为8GHz时,输出功率为33.8W,功率增益为6.3dB,功率附加效率为41.77%,单胞器件和内匹配器件输出功率为目前国内该器件输出功率的最高结果.     

X波段高输出功率凹栅AlGaN/GaN HEMT

使用自主研制的SiC衬底GaN HEMT外延材料,研制出高输出功率AlGaN/GaN HEMT,优化了器件研制工艺,比接触电阻率小于1.0×10-6Ω·cm2,电流崩塌参量小于10%,击穿电压大于80V.小栅宽器件工作电压达到40V,频率为8GHz时输出功率密度大于10W/mm.栅宽为2mm单胞器件,工作电压为28V,频率为8GHz时,输出功率为12.3W,功率增益为4.9dB,功率附加效率为35%.四胞内匹配总栅宽为8mm器件,工作电压为27V时,频率为8GHz时,输出功率为33.8W,功率增益为6.3dB,功率附加效率为41.77%,单胞器件和内匹配器件输出功率为目前国内该器件输出功率的最高结果.     

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.     

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.     

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。     

5 W Si衬底GaN基HEMT研究

介绍了Si衬底上外延生长GaN基HEMT的制备及其直流特性与微波特性的研究结果:栅宽200 μm器件Vgs=0 V时饱和电流密度达0.975 A/mm,最大跨导240 mS/mm,夹断电压-4.5 V,栅漏击穿电压80 V;栅宽1 mm器件,在频率2 GHz下,工作电压Vds=25 V时,连续波输出功率为5.0 W,功率增益为9 dB,功率附加效率为35%.     

GaN基HEMT栅终端场板结构研究

制作了带有栅终端场板结构的GaN基HEMT,研究了击穿电压与场板长度的关系,提取了最佳场板长度为0.4,0.5,0.6μm时所对应的栅漏击穿电压最大,为120 V.研究了栅终端场板对器件小信号特性和大信号的影响,栅终端场板长度0.4μm时,器件特征频率及最大振荡频率减小量最小.在栅宽1 mm、频率8 GHz、无场板器件最大工作电压28 V时,连续波输出功率3.2 W,功率增益4.0 dB,功率附加效率17.0%;栅终端场板器件最大工作电压38 V时,连续波输出功率5.1 W,功率增益4.1 dB,功率附加效率21.0%.     

磁控溅射AlN介质的14W/mm AlGaN/GaN MIS-HEMT

介绍了一种采用磁控溅射AlN介质作为绝缘层的的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT.器件研制中采用了凹槽栅和场板结构.采用MIS结构后,器件击穿电压由80 V提高到了180 V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压.在2 GHz、75 V工作电压下,研制的200μm栅宽AlGaN/GaNMIS-HEMT输出功率密度达到了14.4 W/mm,器件功率增益和功率附加效率分别为20.51 dB和54.2%.     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si(111)衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料.1μm厚GaN外延层XRD (002) 摇摆曲线半高宽573″,(102) 摇摆曲线半高宽668″.通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm2/(V·s),方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%.     

高耐压Si基GaN功率电子器件

基于Si基GaN HEMT材料制作了击穿电压530V、无场板的功率电子器件。器件制作工艺与现有GaN微波功率器件工艺兼容。研究了器件栅漏间距与击穿电压的关系。器件栅宽为100μm,栅漏间距为15μm时,得到的GaN HEMT器件击穿电压530V,最大电流密度536mA/mm。器件的特征通态电阻为1.54mΩ·cm2,是相同击穿电压Si MOSFET器件特征通态电阻的二十五分之一。所制作的6mm栅宽器件击穿电压400V,输出电流2A。该器件的研制为制作低成本GaN HEMT功率器件奠定了基础。     

磁控溅射AIN介质的14W／mm AlGaN／GaN MIS-HEMT

介绍了一种采用磁控溅射AlN介质作为绝缘层的的SiC衬底AlGaN／GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了凹槽栅和场板结构。采用MIS结构后,器件击穿电压由80V提高到了180V以上,保证了器件能够实现更高的工作电压。在2GHz、75V工作电压下,研制的200μm栅宽AlGaN／GaNMIS-HEMT输出功率密度达到了14．4W／mm,器件功率增益和功率附加效率分别为20．51dB和54．2％。     

Si衬底上5.1W/mm功率密度的GaN HEMT

利用MOCVD技术在Si（111）衬底上生长了高质量的GaN HEMT材料,1μm厚GaN外延层XRD（002）摇摆曲线半高宽573″,（102）摇摆曲线半高宽668″。通过插入层技术实现2μm厚GaN HEMT材料无裂纹,室温二维电子气迁移率1350cm^2/（V.s）,方块电阻328Ω/□.1mm栅宽GaN微波功率器件饱和电流大于0.8A/mm,跨导大于250mS/mm,2GHz下最大连续波输出功率5.1W,增益9.1dB,附加效率达到35%。     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

输出功率密度为2.23W/mm的X波段AlGaN/GaN功率HEMT器件

MOCVD技术在蓝宝石衬底上制备出具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/GaN HEMT材料.高迁移率GaN外延层的室温迁移率达741cm2/(V·s),相应背景电子浓度为1.52×1016cm-3;非有意掺杂高阻GaN缓冲层的室温电阻率超过108Ω·cm,相应的方块电阻超过1012Ω/□.50mm HEMT外延片平均方块电阻为440.9Ω/□,方块电阻均匀性优于96％.用此材料研制出了0.2μm栅长的X波段HEMT功率器件,40μm栅宽的器件跨导达到250mS/mm,特征频率fT为77GHz;0.8mm栅宽的器件电流密度达到1.07A/mm,8GHz时连续波输出功率为1.78W,相应功率密度为2.23W/mm,线性功率增益为13.3dB.     

毫米波GaN基HEMT功率MMIC

基于标准的SiC衬底AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)工艺研制了毫米波段单片微波集成电路(MMIC)芯片.首先采用插入隔离层的方式得到复合沟道AlxGa1-xN/AlN/AlyGa1-yN/GaN HEMT结构.以EEHEMT模型作为粗糙模型,采用神经空间路线图的方法建立了人工神经网络模型,更好地表征了器件特性,提高了模型在毫米波下的精度.基于器件模型,进行了毫米波MMIC的设计,运用网络综合设计出简洁的电路拓扑和最优的宽带性能.芯片工艺采用0.2 μm介质栅场板结构提高器件的微波性能.研制的2级功率MMIC在27～ 30 GHz频段,工作电压25 V时,输出功率大于2.6W,功率附加效率大于15％,功率增益大于9 dB.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

2～4 GHz连续波120 W GaN内匹配功率器件

基于自主研制的0.25 μm高压大栅宽GaN高电子迁移率晶体管(HEMT),采用LC低通谐振匹配技术和宽带功率合成技术,利用大栅宽HEMT有源模型以及键合线、电容和管壳等无源模型进行一体化仿真,匹配电路采用LC匹配网络和λ/4微带线将HEMT阻抗提高至50 Ω,最终实现了连续波120 W宽带GaN功率器件.测试结果表明,该器件在36 V漏极工作电压和-2.0V栅极工作电压下,2～4 GHz频带内连续波输出功率大于120 W,功率附加效率大于46％,功率增益大于9.5 dB,二次谐波抑制度大于20 dBc,杂波抑制度大于70 dBc.     

高性能1mm SiC基AlGaN/GaN功率HEMT研制

在6H-SiC衬底上,外延生长了AlGaN/GaN HEMT结构,设计并实现了高性能1mm AlGaN/GaN微波功率HEMT,外延材料利用金属有机物化学气相淀积技术生长.测试表明,该lmm栅宽器件栅长为0.8μm,输出电流密度达到1.16A/mm,跨导为241mS/mm,击穿电压＞80V,特征频率达到20GHz,最大振荡频率为28GHz.5.4GHz连续波测试下功率增益为14.2dB,输出功率达4.1W,脉冲条件测试下功率增益为14.4dB,输出功率为5.2W,两端口阻抗特性显示了在微波应用中的良好潜力.     

具有低欧姆接触电阻的高性能AlGaN/GaN HEMT器件研制

研究了AlGaN/GaN HEMT器件Ti/Al/Ti/Au四层金属结构欧姆接触的形成过程. 通过系统研究退火条件获得了较低的欧姆接触电阻，实现了1E-7Ω·cm2的欧姆接触率，并在此基础上对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触形成机理进行了深入讨论. 通过器件工艺的优化，研制了高性能的AlGaN/GaN HEMT器件. 栅宽40μm的器件跨导达到250mS/mm, fT达到70GHz; 栅宽0.8mm的功率器件电流密度达到1.07A/mm(Vg=0.5V),Vds=30V时，8GHz工作频率下（在片测试）器件的输出功率为32.5dBm(1.6W)，输出功率密度达到2.14W/mm，功率增益为12.7dB.