AlGaN/GaN双异质结F注入增强型高电子迁移率晶体管

理论模拟了不同GaN沟道厚度的双异质结(AlGaN/GaN/AlGaN/GaN)材料对高电子迁移率晶体管(HEMT)特性的影响,并模拟了不同F注入剂量下用该材料制作的增强型器件的特性差异.采用双异质结材料,结合F注入工艺成功地研制出了较高正向阈值电压的增强型HEMT器件.实验研究了三种GaN沟道厚度制作的增强型器件直流特性的差异,与模拟结果进行了对比验证.采用降低的F注入等离子体功率,减小了等离子体处理工艺对器件沟道迁移率的损伤,研制出的器件未经高温退火即实现了较高的跨导和饱和电流特性.对14 nm GaN沟道厚度的器件进行了阈值电压温度稳定性和栅泄漏电流的比较研究,并且分析了双异质结器件的漏致势垒降低效应.     

60Co γ射线辐射对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

采用⁶⁰Co γ射线辐射源对非钝化保护的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了1 Mrad(Si)的总剂量辐射,实验发现辐射累积剂量越大,器件尺寸越小,器件饱和漏电流和跨导下降越明显,同时辐射后器件栅泄漏电流明显增大,而阈值电压变化很小. 对辐射前后器件的沟道串联电阻和阈值电压变化的分析表明,辐射感生表面态负电荷的产生是造成AlGaN/GaN HEMT器件电特性退化的主要原因之一. 关键词： AlGaN/GaN HEMT器件 γ射线辐射 表面态     

高场应力及栅应力下AlGaN/GaN HEMT器件退化研究

采用不同的高场应力和栅应力对AlGaN/GaN HEMT器件进行直流应力测试,实验发现：应力后器件主要参数如饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压等均发生了明显退化,而且这些退化还是可以完全恢复的;高场应力下,器件特性的退化随高场应力偏置电压的增加和应力时间的累积而增大;对于不同的栅应力,相对来说,脉冲栅应力和开态栅应力下器件特性的退化比关态栅应力下的退化大.对不同应力前后器件饱和漏电流,跨导峰值和阈值电压的分析表明,AlGaN势垒层陷阱俘获沟道热电子以及栅极电子在栅漏间电场的作用下填充虚栅中的表面态是这些不同应 关键词： AlGaN/GaN HEMT器件 表面态(虚栅) 势垒层陷阱 应力     

增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管高温退火研究

深入研究了两种增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)高温退火前后的直流特性变化.槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT在500 ℃ N₂中退火5 min后,阈值电压由0.12 V正向移动到0.57 V,器件Schottky反向栅漏电流减小一个数量级.F注入增强型AlGaN/GaN HEMT在 400 ℃ N₂中退火2 min后,器件阈值电压由0.23 V负向移动到-0.69 V,栅泄漏电流明显增大.槽栅增强型器件退火过程中Schottky有效势垒     

60Co γ射线辐射对AlGaN/GaN HEMT器件的影响

采用60 Co γ射线辐射源对非钝化保护的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了1 Mrad(Si)的总剂量辐射,实验发现辐射累积剂量越大,器件尺寸越小,器件饱和漏电流和跨导下降越明显,同时辐射后器件栅泄漏电流明显增大,而阈值电压变化很小. 对辐射前后器件的沟道串联电阻和阈值电压变化的分析表明,辐射感生表面态负电荷的产生是造成AlGaN/GaN HEMT器件电特性退化的主要原因之一.     

3 MeV质子辐照对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的影响

研究了AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的质子辐照效应. 在3 MeV质子辐照下, 当辐照剂量达到1× 10¹⁵ protons/cm²时, 漏极饱和电流下降了20%, 最大跨导降低了5%. 随着剂量增加, 阈值电压向正向漂移, 栅泄露电流增加. 在相同辐照剂量下, 1.8 MeV质子辐照要比3 MeV质子辐照退化严重. 从SRIM软件仿真中得到不同能量质子在AlGaN/GaN异质结中的辐射损伤区, 以及在一定深度形成的空位密度. 结合变频C-V测试结果进行分析, 表明了质子辐照引入空位缺陷可能是AlGaN/GaN HEMT器件电学特性退化的主要原因.     

Al2O3绝缘层的AlGaN/GaN MOSHEMT器件研究

在研制AlGaN/GaN HEMT器件的基础上,采用ALD法制备了Al2O3 AlGaN/GaN MOSHEMT器件.通过X射线光电子能谱测试表明在AlGaN/GaN异质结材料上成功淀积了Al2O3薄膜.根据对HEMT和MOSHEMT器件肖特基电容、器件输出以及转移特性的测试进行分析发现:所制备的Al2O3,薄膜与AlGaN外延层间界面态密度较小,因而MOSHEMT器件呈现出较好的栅控性能;其次,该器件的栅压可以加至 3 V,此时的最大饱和电流达到800 mA/mm,远远高于肖特基栅HEMT器件的最大输出电流;而且栅漏反偏状态下的泄漏电流却减小了两个数量级,提高了器件的击穿电压,通过进一步分析认为泄漏电流主要来源于Fowler-Nordheim隧穿.     

Al2O3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件温度特性研究

采用原子层淀积(ALD)实现了10nm Al₂O₃为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT). 通过对MOS-HEMT器件和传统MES-HEMT器件室温特性的对比,验证了新型MOS-HEMT器件饱和电流和泄漏电流的优势. 通过分析MOS-HEMT器件在30—180℃之间特性的变化规律,与国内报道的传统MES-HEMT器件随温度退化程度对比,得出了器件饱和电流和跨导的退化主要是由于输运特性退化造成的,证明栅介质减小了引 关键词： 原子层淀积 AlGaN/GaN MOS-HEMT器件 温度特性     

具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管（英文）

介绍了一种具有高阈值电压和大栅压摆幅的常关型槽栅AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管。采用原子层淀积(ALD)方法实现Al_2O_3栅介质的沉积。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅长(Lg)为2μm,栅宽(Wg)为0.9 mm(0.45 mm×2),栅极和源极(Lgs)之间的距离为5μm,栅极和漏极(Lgd)之间的距离为10μm。在栅压为-20 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电仅为0.65 nA。在栅压为+12 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的栅漏电为225 nA。器件的栅压摆幅为-20~+12V。在栅压V_(gs)=+10 V时,槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT电流和饱和电流密度分别达到了98 mA和108 mA/mm(Wg=0.9 mm),特征导通电阻为4 mΩ·cm2。槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的阈值电压为+4.6 V,开启与关断电流比达到了5×108。当V_(ds)=7 V时,器件的峰值跨导为42 mS/mm(Wg=0.9 mm,V_(gs)=+10 V)。在V_(gs)=0 V时,栅漏间距为10μm的槽栅常关型AlGaN/GaN MOS-HEMT的关断击穿电压为450 V,关断泄露电流为0.025 mA/mm。     

Al2O3绝缘栅AlGaN/GaN MOS-HEMT器件温度特性研究

采用原子层淀积(ALD)实现了10 nm Al2O3为栅介质的高性能AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT).通过对MOS-HEMT器件和传统MES-HEMT器件室温特性的对比,验证了新型MOS-HEMT器件饱和电流和泄漏电流的优势.通过分析MOS-HEMT器件在30-180℃之间特性的变化规律,与国内报道的传统MES-HEMT器件随温度退化程度对比,得出了器件饱和电流和跨导的退化主要是由于输运特性退化造成的,证明栅介质减小了引入AlGaN界面的表面态是提高特性的重要原因.     

Characteristics and threshold voltage model of GaN-based FinFET with recessed gate

In this work, AlGaN/GaN FinFETs with different fin widths have been successfully fabricated, and the recessed-gate FinFETs are fabricated for comparison. The recessed-gate FinFETs exhibit higher transconductance value and positive shift of threshold voltage. Moreover, with the fin width of the recessed-gate FinFETs increasing, the variations of both threshold voltage and the transconductance increase. Next, transfer characteristics of the recessed-gate FinFETs with different fin widths and recessed-gate depths are simulated by Silvaco software. The relationship between the threshold voltage and the AlGaN layer thickness has been investigated. The simulation results indicate that the slope of threshold voltage variation reduces with the fin width decreasing. Finally, a simplified threshold voltage model for recessed-gate FinFET is established,which agrees with both the experimental results and simulation results.     

高功率微波作用下热载流子引起n型金属-氧化物-半导体场效应晶体管特性退化研究

高功率微波(HPM)通过使半导体器件特性退化和功能失效,从而干扰电子系统无法正常工作. 针对金属氧化物半导体(MOS)器件的HPM效应, 建立了高功率微波引起n型金属氧化物半导体场效应晶体管(nMOSFET)特性退化的物理过程与模型. 器件仿真结果中nMOSFET的输出特性曲线显示栅极注入HPM引起器件特性退化,包括阈值电压正向漂移、 饱和电流减小、跨导减小等;结合物理模型分析可知, HPM引起的高频脉冲电压使器件进入深耗尽状态, 热载流子数目增多,热载流子效应导致器件特性退化. MOS器件的HPM注入实验结果显示,器件特性曲线、器件模型参数变化趋势与仿真结果一致, 验证了HPM引起nMOSFET特性退化的物理过程与模型.     

单轴应变SiNMOSFET源漏电流特性模型

本文在建立单轴应变Si NMOSFET迁移率模型和阈值电压模型的基础上, 基于器件不同的工作区域, 从基本的漂移扩散方程出发, 分别建立了单轴应变Si NMOSFET源漏电流模型. 其中将应力的影响显式地体现在迁移率和阈值电压模型中, 使得所建立的模型能直观地反映出源漏电流特性与应力强度的关系. 并且对于亚阈区电流模型, 基于亚阈区反型电荷, 而不是采用常用的有效沟道厚度近似的概念, 从而提高了模型的精度. 同时将所建模型的仿真结果与实验结果进行了比较, 验证了模型的可行性. 该模型已经被嵌入进电路仿真器中, 实现了对单轴应变Si MOSFET 器件和电路的模拟仿真.     

微纳光纤镀铂金膜锁模光纤激光器

采用有限元法仿真了微纳光纤中模式在镀膜前后的能量、电场及有效折射率变化,分析了HE11、TE01、HE21和TM01模式在微纳光纤中的传输特性以及与铂金膜的相互作用原理。采用缓冲氧化物刻蚀液制作了微纳光纤并用离子喷溅法镀铂金膜,得到直径为13.2μm、铂金膜厚度为40 nm的微纳光纤器件,测试了其可饱和吸收特性,调制深度和饱和强度分别为0.57%和0.8 MW/cm²。制作了全光纤锁模激光器,锁模阈值为180 mW。锁模脉冲重复频率为17.93 MHz,脉冲宽度为103 ps,中心波长为1 031.6 nm,半高宽约为3.5 nm。     

Characterization of Al2O3 /GaN/AlGaN/GaN metalinsulator-semiconductor high electron mobility transistors with different gate recess depths

In this paper,in order to solve the interface-trap issue and enhance the transconductance induced by high-k dielectric in metal-insulator-semiconductor (MIS) high electron mobility transistors (HEMTs),we demonstrate better performances of recessed-gate Al 2 O 3 MIS-HEMTs which are fabricated by Fluorine-based Si 3 N 4 etching and chlorinebased AlGaN etching with three etching times (15 s,17 s and 19 s).The gate leakage current of MIS-HEMT is about three orders of magnitude lower than that of AlGaN/GaN HEMT.Through the recessed-gate etching,the transconductance increases effectively.When the recessed-gate depth is 1.02 nm,the best interface performance with τ it =(0.20-1.59) μs and D it =(0.55-1.08)×10 12 cm 2 ·eV 1 can be obtained.After chlorine-based etching,the interface trap density reduces considerably without generating any new type of trap.The accumulated chlorine ions and the N vacancies in the AlGaN surface caused by the plasma etching can degrade the breakdown and the high frequency performances of devices.By comparing the characteristics of recessed-gate MIS-HEMTs with different etching times,it is found that a low power chlorine-based plasma etching for a short time (15 s in this paper) can enhance the performances of MIS-HEMTs effectively.     

Effect of Temperature Variation on the Characteristics of Microwave Power AlGaN/GaN MODFET

The prime motivation for developing the proposed model of AlGaN/GaN microwave power device is to demonstrate its inherent ability to operate at much higher temperature. An investigation of temperature model of a 1 μm gate AlGaN/GaN enhancement mode n-type modulation-doped field effect transistor (MODFET) is presented. An analytical temperature model based on modified charge control equations is developed. The proposed model handles higher voltages and show stable operation at higher temperatures. The investigated temperature range is from 100 °K–600 °K. The critical parameters of the proposed device are the maximum drain current (I_Dmax), the threshold voltage (V_th), the peak dc trans-conductance (g_m), and unity current gain cut-off frequency (f_T). The calculated values of f_T (10–70 GHz) at elevated temperature suggest that the operation of the proposed device has sufficiently high current handling capacity. The temperature effect on saturation current, cutoff frequency, and trans-conductance behavior predict the device behavior at elevated temperatures. The analysis and simulation results on the transport characteristics of the MODFET structure is compared with the previously measured experimental data at room temperature. The calculated critical parameters suggest that the proposed device could survive in extreme environments.     

应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET阈值电压模型研究

在绝缘层附着硅(SOI)结构的Si膜上生长SiGe合金制作具有SiGe量子阱沟道的SOI p型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOSFET)，该器件不仅具有SOI结构的优点，而且因量子阱中载流子迁移率高，所以进一步提高了器件的性能.在分析常规的Si SOI MOSFET基础上，建立了应变SiGe SOI 量子阱沟道PMOSFET的阈值电压模型和电流-电压(I-V)特性模型，利用Matlab对该结构器件的I-V特性、跨导及漏导特性进行了模拟分析，且与常规结构的器件作了对比.模拟结果表明，应变SiGe SOI量子阱沟道PMOSFET的性能均比常规结构的器件有大幅度提高. 关键词： 应变SiGe SOI MOSFET 阈值电压 模型     

基于深亚微米工艺的栅接地NMOS静电放电保护器件衬底电阻模型研究

在考虑了电导率调制效应的情况下对深亚微米静电放电(electrostatic discharge, ESD)保护器件的衬底电阻流控电压源模型进行优化, 并根据轻掺杂体衬底和重掺杂外延型衬底的不同物理机制提出了可根据 版图尺寸调整的精简衬底电阻宏模型, 所建模型准确地预估了不同衬底 结构上源极扩散到衬底接触扩散间距变化对触发电压V_t1的影响. 栅接地n型金属氧化物半导体器件的击穿特性结果表明, 所提出的衬底电阻模 型与实验结果符合良好, 且仿真时间仅为器件仿真软件的7%, 为ESD保护器件版 图优化设计提供了方法支持. 关键词： 栅接地n型金属氧化物半导体器件 静电放电 衬底电阻模型