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.     

蓝宝石衬底上AlGaN/GaN HEMT自热效应研究

建立了包含“自热效应”的A lG aN/G aN HEM T(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A lG aN/G aN HEM T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A lG aN/G aN HEM T器件测试及应用的实际情况。     

7.5～9.5 GHz AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管

报道了研制的1mm栅宽的AlGaN/GaN HEMT内匹配微波功率管,在32V漏偏压下在7.5～9.5GHz频率范围内输出功率大于5W,功率附加效率典型值为30%,功率增益大于6dB,带内增益平坦度为±0.4dB,带内最大输出功率为6W。     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

Ga N有较 Ga As更宽的禁带、更高的击穿场强、更高的电子饱和速度和更高的热导率 ,Al Ga N/Ga N异质结构不仅具有较 Ga As PHEMT中Al Ga As/In Ga As异质结构更大的导带偏移 ,而且在异质界面附近有很强的自发极化和压电极化 ,极化电场在电子势阱中形成高密度的二维电子气 ,这种二维电子气可以由不掺杂势垒层中的电子转移来产生。理论上 Al Ga N/Ga N HEMT单位毫米栅宽输出功率可达到几十瓦 ,而且其宽禁带特点决定它可以承受更高的工作结温 ,作为新一代的微波功率器件 ,Al Ga N/Ga N HEMT将成为微波大功率器件发展的方向。采…     

AlGaN/GaN HEMT栅阶跃脉冲响应实验研究

通过对AlGaN/GaN HEMT漏极电流栅阶跃脉冲响应实验测试,发现栅脉冲相同时,HEMT开启时间在线性区随VDS增加而增加,而在饱和区随VDS增加而减小;在VDS一定时,器件开启时间随栅脉冲低电平的降低而增加。基于表面态电子释放过程与ID、VDS和阶跃脉冲之间关系的分析,提出了用快电子与慢电子释放两种过程来解释表面态电子弛豫,并建立漏极电流响应过程拟合算式。拟合得到与快、慢电子释放相关的时间常数分别为τ1=0.23s、τ2=1.38s,且拟合曲线与实验结果的最大误差不超过测试值的3%。该研究结果有助于电流崩塌机理的进一步探索。     

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。     

AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应研究进展

简要回顾了 Al Ga N/Ga N HEMT器件电流崩塌效应研究的进展 ,着重阐述了虚栅模型、应力模型等几种解释电流崩塌效应形成机理的模型和器件钝化、生长盖帽层等减小电流崩塌效应的措施。     

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。     

磁控溅射AlN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

报道了一种X波段输出功率密度达10.4W/mm的SiC衬底AlGaN/GaN MIS-HEMT。器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的AlN介质作为绝缘层。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8GHz、55V的工作电压下,研制的1mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56dB和39.2%。     

磁控溅射AIN介质MIS栅结构的AlGaN/GaN HEMT

报道了一种X波段输出功率密度达10.4 W/mm的SiC衬底AIGaN/GaN MIS-HEMT,器件研制中采用了MIS结构、凹槽栅以及场板,其中MIS结构中采用了磁控溅射的A1N介质作为绝缘层.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8 GHz、55 V的工作电压下,研制的1 mm栅宽AlGaN/GaN MIS-HEMT输出功率达到了10.4 W,此时器件的功率增益和功率附加效率分别达到了6.56 dB和39.2%.     

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 .     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

基于AlGaN/GaN HEMT的X波段内匹配功率合成放大器的设计

利用内匹配和功率合成技术设计了X波段AlGaN/GaN HEMT功率合成放大器.电路包含有四个AlGaN/GaN HEMT和制作在Al2O3陶瓷基片上的输入输出匹配电路.在偏置条件VDS=30 V,IDS=700 mA时8 GHz测出连续波饱和输出功率达到Pat=40 dBm(10 W),最大PAE=37.44%,线性增益9 dB.     

一个8 GHz基于AlGaN/GaN HEMT的内匹配电路

论述了一个在8 GHz下基于AlGaN/GaN HEMT功率放大器HMIC的设计、制备与测试.该电路包含了1个10×100 μm的AlGaN/GaN HEMT和输入输出匹配电路.在偏置条件为VDS=40 V、IDS=0.16 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到36.5 dBm(4.5 W),PAE为60%,线性增益10 dB;在偏置条件为VDS=30 V、IDS=0.19 A时输出连续波饱和功率在8 GHz达到35.6 dBm(3.6 W),PAE为47%,线性增益9 dB.     

X波段大栅宽高输出功率AlGaN/GaN HEMT的研究

利用MOCVD技术研制了国产SiC衬底的GaN HEMT外延材料,方块电阻小于260 Ω/□,迁移率最大值达到2 130 cm2V-1s-1,方块电阻和迁移率不均匀性小于3%,采用新的器件栅结构和高应力SiN钝化技术,降低了大栅宽器件栅泄漏电流,提高了工作电压.研制的总栅宽为25.3 mm的四胞内匹配器件X波段输出功率达到141.25 W,线性增益大于12 dB,PAE达到41.4%.     

Hydrogen sensors based on AlGaN/AlN/GaN HEMT

Pt/AlGaN/AlN/GaN high electron mobility transistors (HEMT) were fabricated and characterized for hydrogen sensing. Pt and Ti/Al/Ni/Au metals were evaporated to form the Schottky contact and the ohmic contact, respectively. The sensors can be operated in either the field effect transistor (FET) mode or the Schottky diode mode. Current changes and time dependence of the sensors under the FET and diode modes were compared. When the sensor was operated in the FET mode, the sensor can have larger current change of 8 mA, but its sensitivity is only about 0.2. In the diode mode, the current change was very small under the reverse bias but it increased greatly and gradually saturated at 0.8 mA under the forward bias. The sensor had much higher sensitivity when operated in the diode mode than in the FET mode. The oxygen in the air could accelerate the desorption of the hydrogen and the recovery of the sensor.     

AlGaN/GaN HEMT中慢瞬态的数值解释

观察了AlGaN/GaN HEMT器件在短期应力后不同栅偏置下的一组漏极电流瞬态,发现瞬态的时间常数随栅偏压变化很小,据此判断这组瞬态由电子陷阱的释放引起.为了验证这个判断,采用数值仿真手段计算了上述瞬态.分别考虑了在器件中不同空间位置的电子陷阱,分析了应力和瞬态中相应的陷阱行为,对比和解释了仿真曲线与测量结果的异同.基于上述讨论,提出测量的瞬态可能是表面深陷阱和GaN层体陷阱的综合作用的结果.     

Numerical Explanation of Slow Transients in an AlGaN/GaN HEMT

观察了AlGaN/GaN HEMT器件在短期应力后不同栅偏置下的一组漏极电流瞬态,发现瞬态的时间常数随栅偏压变化很小,据此判断这组瞬态由电子陷阱的释放引起.为了验证这个判断,采用数值仿真手段计算了上述瞬态.分别考虑了在器件中不同空间位置的电子陷阱,分析了应力和瞬态中相应的陷阱行为,对比和解释了仿真曲线与测量结果的异同.基于上述讨论,提出测量的瞬态可能是表面深陷阱和GaN层体陷阱的综合作用的结果.     

8W AlGaN/GaN HEMT功率器件的研制

报道了基于国产衬底以及国产外延的AlGaN/GaN HEMT X波段功率器件的研究进展.利用国产衬底以及外延材料,优化了器件栅场板的结构,研制成功栅长0.35μm,栅宽为lmm的微波功率器件.该器件输出电流密度达到0.83A/mm,击穿电压大于100V,跨导为236mS/mm,截止频率(fT)达到30GHz,最大振荡频率(fmax)为32GHz,8GHz下在片进行连续波测试,漏端电压为40V时测试得到功率增益4.9dB,输出功率达8W,功率附加效率(PAE)为45%.