GaN基HEMT器件的优化设计

针对氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)器件自热效应以及电流崩塌效应导致器件性能退化和失效的问题,研究了通过合理改变器件参数尺寸优化GaN基HEMT器件的设计,提高器件性能。通过仿真软件模拟了器件各参数对于GaN器件电学性能的影响,分析了不同衬底构成对GaN HEMT器件自热效应的影响,系统研究了GaN HEMT器件相关参数改变对自热效应及器件电学性能的影响。结果表明:Si及金刚石组成的衬底中减小Si层的厚度有利于减小器件的自热效应,降低有源区最高温度。为提高器件性能以及进一步优化GaN基HEMT器件设计提供了一定的理论参考。     

国外GaN功率器件衬底材料和外延技术研发现状

GaN基功率器件的衬底和外延技术的发展对于器件性能的提升和成本的降低起着非常重要的作用.介绍了国外SiC基、Si基以及新型金刚石基GaN功率器件衬底材料和GaN外延技术的研发现状.重点讨论了大尺寸衬底技术(6英寸SiC衬底、8英寸Si衬底)、GaN HEMT与Si CMOS器件异质集成技术以及金刚石基GaN HEMT材料集成技术的研发进展.分析了GaN功率器件材料技术的发展趋势,认为更大尺寸更高质量衬底和外延材料制作、外延技术的改进、金刚石等新型衬底材料研发以及GaN基材料与Si材料的异质集成技术等将是未来研究的重点.     

Si基GaN材料寄生导电层的研究

通过对Si基GaN材料的电学性能进行测量分析,确认了该材料体系所特有的寄生导电层现象。研究了寄生导电层对Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)微波功率性能和击穿性能的不良影响。通过材料生长工艺的优化,降低了寄生导电层的导电性,获得了击穿电压超过320V的Si基GaN HEMT功率电子器件。     

金刚石衬底GaN HEMT研究进展

SiC衬底GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)综合了AlGaN/GaN异质结优异的输运特性与SiC衬底高导热性能,在高频、宽带、高效、大功率应用领域表现出显著的性能优势。但GaN外延材料中存在高密度的缺陷,影响了导电沟道的散热,散热问题成为影响GaN HEMT性能进一步发挥的主要障碍。本文分析了GaN外延材料高缺陷密度形成的原因,介绍了近年来国外正在开展的基于转移技术金刚石衬底GaN HEMT技术,解决GaN HEMT散热问题的研究进展。研究结果表明,基于转移技术的金刚石衬底GaN HEMT有望成为继SiC衬底GaN HEMT之后的下一代固态微波功率器件主导型器件技术。     

GaN基HEMT器件特性建模及表征方法研究

目前,GaN基HEMT器件以其优越的性能而受到广泛的关注.在器件结构的设计中,器件的尺寸、材料的物理参数都严重影响GaN基HEMT器件的优越性能.基于器件仿真软件ISE-TCAD,本文研究了器件各部分的尺寸、各种材料的物理参数对器件沟道中二维电子气(2DEG)密度、器件直流特性等参数的影响.结果表明器件沟道中的二维电子...     

低成本Si基GaN微电子学的新进展

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。     

低成本Si基GaN微电子学的新进展(续)

进入21世纪后,宽禁带半导体GaN微电子学发展迅速,SiC基GaN微电子学已成为微波电子学的发展主流,且正在向更高频率和更高功率密度的新一代GaN微波功率器件发展。为了降低成本,Si基GaN微电子学应运而生,在5G通信、电动汽车等绿色能源应用发展的带动下,Si基GaN微电子学已进入产业化快速发展阶段。介绍了Si基GaN微电子学在射频Si基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)新器件结构、工艺与可靠性,Si基GaN HEMT单片微波集成电路(MMIC),Si基E模功率GaN HEMT结构设计,大尺寸Si基GaN HEMT工艺,Si基GaN功率开关器件的可靠性,Si基GaN功率变换器的单片集成和高频开关Si基GaN器件的应用创新等工程化、产业化方面的最新技术进展。分析和评价了低成本Si基GaN微电子学工程化和产业化的发展态势。     

导致 AlGaN/GaN HEMT电学性能失效的内外因素

本文研究了不同偏置条件对AlGaN/GaN HEMT电学性能的影响。电场被认为是导致AlGaN/GaN HEMT器件电学性能退化的外因,陷阱则是内因。AlGaN/GaN HEMT器件的退化有两部分组成：可恢复退化与不可恢复退化。AlGaN/GaN HEMT器件中原本存在的陷阱与新产生的陷阱导致可恢复退化。     

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。     

GaN HEMT器件的电流崩塌效应分析

研究了氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)的温度特性,分析了自热效应造成GaN HEMT的电流崩塌现象。提出了一种图形化衬底技术来降低器件温度。在缓冲层与衬底界面设置与缓冲层同材料的梯形微阱,在势垒层与钝化层界面设置无掺杂和低Al组分的AlGaN矩形微阱。结果表明,与无微阱结构器件相比,新型有微阱结构器件的温度峰值降低了18.148 K,电流崩塌效应改善比值达20.64%。     

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.     

一种紧凑的GaN高电子迁移率晶体管大信号模型拓扑

GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）以其复杂的器件特性使其大信号建模变得十分困难,尽管EEHEMT、Angelov等模型结构曾经成功应用于GaAs HEMT/MESFET的大信号模型,但当它们被用于GaN HEMT建模时却不再准确和完备.面向GaN HEMT器件的大信号模型,本文提出了一种紧凑的模型拓扑,此模型拓扑综合了GaN HEMT器件的直流电压-电流（I-V）特性、非线性电容、寄生参数、栅延迟漏延迟与电流崩塌、自热效应以及噪声等特性.经验证此模型拓扑在仿真中具有很好的收敛性,适用于GaN HEMT器件的大信号模型的建立,满足GaN基微波电路设计对器件模型的需求.     

AlN阻挡层对AlGaN/GaNHEMT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.     

GaN HEMT电力电子器件技术研究进展

GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件由于其击穿场强高、导通电阻低等优越的性能,在高达650 V额定电压等级的高效、高频转换器中有着广泛的应用前景。GaN HEMT器件的特性优势与其工艺结构、材料特性密切相关。介绍了耗尽型、增强型GaN HEMT的典型器件结构,并将国内外对结构设计以及材料优化等关键技术问题的研究现状进行了综述,并概括总结了GaN HEMT的技术发展趋势和最新参数指标。     

MOCVD生长AlGaN/GaN/Si(111)异质结材料

利用MOCVD在Si(111)衬底上生长了无裂纹的GaN外延薄膜和AlGaN/GaN异质结构。通过优化Si衬底的浸润处理时间、AlN层厚度等参数获得了无裂纹的GaN外延薄膜,研究了SiN缓冲层和插入层厚度对AlGaN/GaN异质结电学性质的影响,2DEG的迁移率和面密度分别达到1410cm2/V.s和1.16×1013cm-2。     

热阻降低39.5%的4英寸金刚石基GaN HEMT工艺

散热问题是制约GaN大功率器件应用的瓶颈,为解决这个问题,研究人员将注意力集中到金刚石上的GaN结构(金刚石基GaN)。研发了一种将4英寸(1英寸=2.54 cm)GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)转移到金刚石上来提高散热效率的工艺技术。首先采用GaN HEMT标准工艺制备GaN器件,然后将衬底进行剥离去除,接着将纳米级粘接层沉积到GaN和多晶金刚石的表面,最后通过4英寸晶圆级键合工艺,将去除衬底的GaN HEMT转移到金刚石上。测试结果显示,转移后的GaN HEMT的热阻较转移前热阻降低了39.5%,6.5 W总耗散功率下GaN HEMT的结温降低了33.77℃。而且,在48 V下对转移后的GaN HEMT进行了测试,结果表明,栅源电压1 V下漏极电流密度为0.93 A/mm,频率3.5 GHz下输出功率密度达到10.45 W/mm,功率附加效率(PAE)为51%,增益为13.9 dB。     

蓝宝石衬底上AIGaN／GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的AIGaN／GaN HEMT（高电子迁移率晶体管）直流I-V特性解析模型。从理论的角度分析了自热效应对AlGaN／GaN HEMT器件的影响，并同已有的实验结果进行了对比，符合较好。证明基于这种模型的理论分析适于AIGaN／GaN HEMT器件测试及应用的实际情况。     

GaN E-D HEMT集成逻辑门电路特性研究

基于金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长的高质量AlGaN/GaN异质结构材料,采用选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN增强型/耗尽型(E/D)HEMT器件的集成,应用直接耦合场效应管逻辑(DCFL)设计并研制GaN E/D HEMT集成逻辑门电路。通过对GaN E/D器件性能以及逻辑门电路性能的分析讨论,研究了GaN E/D器件性能对逻辑门电路性能的影响。同时还对选择性栅挖槽结合栅介质工艺实现GaN E/D器件存在的问题进行了分析讨论。     

LED用图形化蓝宝石衬底的干法刻蚀工艺

近年来,图形化蓝宝石衬底(PSS)作为GaN基LED外延衬底材料被广泛应用。采用感应耦合等离子体(ICP)技术对涂覆有光刻胶阵列图案的蓝宝石衬底进行刻蚀。通过研究及优化不同ICP刻蚀工艺参数对刻蚀速率和选择比的影响,分别成功制备出蒙古包形和圆锥形图形化蓝宝石衬底片,并在其表面完成InGaN/GaN多量子阱外延及芯片工艺。借助光致发光和电致发光等手段测试其LED器件的光电学性能。实验结果发现圆锥形的图形化蓝宝石衬底拥有更强的光功率和更窄的半峰宽,说明这种形貌的衬底在GaN外延时有效减少了晶格失配造成的缺陷,提高了晶体质量,从而更有效地增加LED出光效率。     

GaN HEMT器件中子辐照效应实验研究

建立了GaN HEMT器件(氮化镓高电子迁移率晶体管)中子原位测试技术和辐照效应实验方法,开展了GaN HEMT器件脉冲反应堆中子辐照效应实验研究,重点研究了电离辐射和位移损伤对器件性能退化的影响,获取了GaN HEMT中子位移损伤效应敏感参数和效应规律.结果表明,阈值电压、栅极泄漏电流以及漏极电流是中子辐照损伤的敏感...