AlGaN/GaN double-channel HEMT

The fabrication of AlGaN/GaN double-channel high electron mobility transistors on sapphire substrates is reported. Two carrier channels are formed in an AlGaN/GaN/AlGaN/GaN multilayer structure. The DC performance of the resulting double-channel HEMT shows a wider high transconductance region compared with single-channel HEMT. Simulations provide an explanation for the influence of the double-channel on the high transconductance region. The buffer trap is suggested to be related to the wide region of high transconductance. The RF characteristics are also studied.     

微波功率AlGaN/GaN HEMT的研究进展

文章论述了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波功率领域应用的优势,详细介绍了微波功率AlGaN/GaN HEMT的工艺进展以及器件的直流和频率特性,评述了其最新进展及今后发展方向.     

C波段0.75mm AlGaN/GaN功率器件

研制并测试了以蓝宝石作衬底的10×75μm×0.8μm AlGaN/GaN微波器件,采用等离子增强气相化学沉积的方法生长了250nm的Si3N4形成钝化层,直流特性从0.56A/mm上升到0.66A/mm,跨导从158mS/mm增为170mS/mm,截止频率由10.7GHz增大到13.7GHz,同时在4GHz下,Vds＝25V, Vgs＝-2.5V,输出功率由0.90W增至1.79W,输出功率密度达到2.4W/mm. 钝化有效地改善了器件的输出特性,减小和消除了表面寄生栅对器件的影响.     

AlGaN/GaN 高电子迁移率晶体管解析模型

基于电荷控制理论,考虑到极化效应和寄生漏源电阻的影响,建立了能精确模拟AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管直流I-V特性和小信号参数的解析模型.计算表明,自发极化和压电极化的综合作用对器件特性影响尤为显著,2V栅压下,栅长为1μm的Al_0.2Ga_0.8N/GaN HEMT获得的最大漏电流为1370mA/mm;降低寄生源漏电阻可以获得更高的饱和电流、跨导和截至频率.模拟结果同已有的测试结果较为吻合,该模型具有物理概念明确且算法简单的优点,适于微波器件结构和电路设计.     

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.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.     

质子辐照对场板AlGaN／GaN HEMT器件电特性的影响

分别采用3MeV和10MeV的质子对GaN基HEMT（High Electron Mobility Transistor）器件进行辐照。实验发现：低注量辐照引起了体材料载流子浓度增加,高注量辐照引起了HEMT器件漏电流下降,跨导减小,阈值电压显著退化的结果。通过分析发现辐射感生受主缺陷引起的2DEG浓度降低是上述器件退化的主要原因。此外基于实验结果,采用辐射感生受主缺陷退化模型仿真并计算了HEMT器件主要参数随受主浓度的退化规律,仿真结果与实验结果有较好的一致性。本文实验结果也表明场板结构和SiN钝化层有效地阻止了电子陷落在表面态中,屏蔽了绝大部分的辐照损伤,是很有效的辐射加固手段。     

GaN-based optoelectronic devices on sapphire and Si substrates

A recessed gate AlGaN/GaN high-electron mobility transistor (HEMT) on sapphire (0 0 0 1), a GaN metal-semiconductor field-effect transistor (MESFET) and an InGaN multiple-quantum well green light-emitting diode (LED) on Si (1 1 1) substrates have been grown by metalorganic chemical vapor deposition. The AlGaN/GaN intermediate layers have been used for the growth of GaN MESFET and LED on Si substrates. A two-dimensional electron gas mobility as high as 9260 cm²/V s with a sheet carrier density of 4.8×10¹² cm⁻² was measured at 4.6 K for the AlGaN/GaN heterostructure on the sapphire substrate. The recessed gate device on sapphire showed a maximum extrinsic transconductance of 146 mS/mm and a drain–source current of 900 mA/mm for the AlGaN/GaN HEMT with a gate length of 2.1 μm at 25°C. The GaN MESFET on Si showed a maximum extrinsic transconductance of 25 mS/mm and a drain–source current of 169 mA/mm with a complete pinch-off for the 2.5-μm-gate length. The LED on Si exhibited an operating voltage of 18 V, a series resistance of 300 Ω, an optical output power of 10 μW and a peak emission wavelength of 505 nm with a full-width at half-maximum of 33 nm at 20 mA drive current.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

AlGaN/GaN HEMT器件的研制

介绍了AlGaN/GaNHEMT器件的研制及室温下器件特性的测试.漏源欧姆接触采用Ti/Al/Pt/Au ,肖特基结金属为Pt/Au .器件栅长为1μm ,获得的最大跨导为12 0mS/mm ,最大的漏源饱和电流密度为0 95A/mm .     

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.     

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%.     

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。     

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.     

AlGaN/GaN HEMT的恒压电应力退化研究

研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在不同持续恒压电应力条件下的退化机制,制作了一种AlGaN/GaN HEMT。对该器件分别采用恒压开态应力和恒压关态应力,研究了与直流特性相关的重要参数的陷阱产生规律。实验结果表明,在开态应力下,由于存在热载流子效应,发生了阈值电压正漂现象,峰值跨导降低;在关态应力下,由于存在逆压电效应,发生了阈值电压负向漂移现象。     

Improved temperature model of AlGaN/GaN HEMT and device characteristics at variant temperature

In this paper, an improved temperature model for AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) is presented. Research is being conducted for a high-performance building block for high frequency applications that combine lower costs with improved performance and manufacturability. The effects of channel conductance in the saturation region and the parasitic resistance due to the undoped GaN buffer layer have been included. The effect of both spontaneous and piezoelectric polarization induced charges at the AlGaN/GaN heterointerface has been incorporated. The proposed model is used to determine the transfer characteristics, output current-voltage characteristics and small-signal microwave parameters of HEMTs. The investigated temperature range is from 100–600 K. The small signal microwave parameters have been evaluated to determine the unity current gain cut-off frequency (f _T ). High f _T (10–70 GHz) values and high current levels (～550 mA/mm) are achieved for a 1 μm AlGaN/GaN HEMTs. A custom DC measurement system is used to facilitate the DC characterization of the unpackaged GaN HEMT test device. The calculated critical parameters and the simulation results suggest that the performance of the proposed device degrades at elevated temperatures.     

A surface-potential-based model for AlGaN/AlN/GaN HEMT

A new surface-potential-based model for AlGaN/AlN/GaN high electron mobility transistor(HEMT) is proposed in this paper. Since the high polarization effects caused by AlN interlayer favorably influence the two dimensional electron gas(2DEG) and scattering mechanisms, we first add spontaneous and piezoelectric charge terms to the source equation of surface-potential, and a mobility model for AlGaN/AlN/GaN HEMT is rewritten. Compared with TCAD simulations, the DC characteristics of AlGaN/AlN/GaN HEMT are faithfully reproduced by the new model.     

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。     

一种新的AlGaN/GaN HEMT半经验直流特性模型

在EEHEMT1模型的基础上给出一种新的A1GaN/GaN HEMT半经验直流特性模型,考虑了栅源电压对膝点电压的影响,得到描述AlGaN/GaN HEMT器件I-Ⅴ特性的方程.此模型可以应用于蓝宝石和SiC两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的I-Ⅴ特性模拟.仿真结果和实验测量结果拟合误差小于3%.     

毫米波AlGaN / GaN HEMT 交流特性研究

毫米波频段已经成为AlGaN/GaN HEMT研究的一个发展趋势。利用器件仿真软件TCAD,对AlGaN/GaN HEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaN HEMT器件本征S参数,在ADS中添加器件的非本征参数,得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上,进行了器件版图设计和流片,并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致,表明器件仿真的有效性和指导意义。