AlGaN/GaN HEMT器件高温栅偏置应力后栅极泄漏电流机制分析

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅特性会受到温度应力和电应力的影响.在高温栅偏置(HTGB)应力下,器件的栅特性会发生退化,如栅极泄漏电流增大.为了研究退化机理,分析了AlGaN/GaN HEMT在栅电压为-2 V时,250℃高温应力作用后的栅极泄漏电流机制.随着HTGB时间的增加,栅极泄漏电流持续增大,受到应力器件在室温下静置后栅极泄漏电流密度恢复约20%.结果表明,在正向偏置范围内,栅极泄漏电流是由热电子发射(TE)引起的.在反向偏置范围内,普尔-弗伦克尔(PF)发射在小电压范围内占主导地位.阈值电压附近的范围由势垒层中的陷阱辅助隧穿(TAT)引起;在大电压范围内,福勒-诺德海姆(FN)隧穿导致栅极发生泄漏.

AlGaN/GaN HEMT小信号放大电路设计及放大增益预测

采用计算机辅助设计技术(TCAD)对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件进行了仿真,并利用Multisim设计了AlGaN/GaN HEMT器件的低频小信号放大电路.由于GaN材料的宽带隙和高载流子迁移率,HEMT器件可以在空间科学应用中取代Si基MOSFET.TCAD的仿真结果通过与测试结果的比较进行了修正.通过Multisim仿真结果与搭建的AlGaN/GaN HEMT共源共栅放大电路的测试结果对放大电路的放大特性进行了验证.以此为基础,利用TCAD模拟改变了结构参数的器件特性并采用改进了结构参数的AlGaN/GaN HEMT设计共源共栅放大电路.仿真结果表明,该放大电路在低频和室温下的电压放大能力可达6 200倍.

基于AlGaN/GaN HEMT外差探测器的太赫兹线阵列矢量探测系统

为了研究AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High-Electron-Mobility Transistor,HEMT)外差探测器应用于太赫兹来波方向(Direction of Arrival,DOA)估计领域的可行性及量化性能指标,基于AlGaN/GaN HEMT 243GHz外差探测器搭建了太赫兹波线阵列矢量探测系统,实现了太赫兹连续波的相位分布和来波方向的测量。该系统的核心器件为准光-波导耦合的太赫兹外差探测器线阵列组件,阵元平均噪声等效功率(Noise-Equivalent-Power,NEP)为-123.89dBm/Hz。通过测试,表明该系统相位解析稳定度优于0.6°,线阵列组件法线(阵列芯片的垂线)方向左右11°以内的太赫兹来波方向的检测误差小于0.25°。讨论了存在误差的原因及可能的解决方案,为后续基于AlGaN/GaN HEMT面阵列的太赫兹相控阵雷达及定向通信系统的研制提供了基础。

GaAs PHEMT器件的退化特性及可靠性表征方法

测量了应力前后 Ga As PHEMT器件电特性的退化 ,指出了 Ga As PHEMT阈值电压的退化由两个原因引起 .栅极下 Al Ga As层深能级的空穴积累可以解释阈值电压漂移中暂时性的、可恢复的那部分 ,积累在栅金属与半导体之间界面层的空穴可以解释阈值电压漂移中永久性的漂移 .空穴积累来源于场助作用下电子的退陷和沟道中碰撞电离产生的空穴向栅极流动时被俘获 .对高场下碰撞电离率的实验曲线进行拟合 ,得到碰撞电离率与器件沟道电场峰值的量化关系 ,可以对 Ga As

GaAs MESFET正向肖特基结电压温度特性的研究

本文对ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ正向肖特基结电压Ｖｇｓｆ随温度的变化特性进行了测量与分。析，得到了在较宽的温度范围内恒定电流下的Ｖｇｓｆ随温度的变化有很好的线性关系，并发现其温度系数α＝ｄＶｇｓｆ／ｄＴ与测试电流有关，随着Ｉ的增大｜α｜减少．经过对试验点的拟合发现，ｋＴ与Ｉ的变化满足指数关系，且Ｖｇｓｆ随温度的变化曲线在不同的测试电流下具有聚焦特性，即在绝对零度时，不同电流下的Ｖｇｓｆ具有相同的值．据此，我们得到了新的肖特基结电流电压关系式，很好地解释了Ｖｇｓｆ－Ｔ曲线与测试电流的关系及其不同测试电流下的聚焦特性．

用改进的遗传算法精确提取GaAs MESFET小信号等效电路参数

提出了一种改进的遗传算法 ,应用于提取 Ga As MESFET小信号等效电路参数 .改进的算法采用浮点编码连续突变 ,多种遗传操作合作运行 ,并应用子代优化策略克服了传统遗传算法可能出现的种群退化现象 ,该算法可快速搜索到全局最优解而不受初始值限制 .在 0 .1～ 1 0 GHz范围内实现了精确、快速地提取 Ga As MESFET小信号等效电路参数 ,并可合理外推至 2 0 GHz,整个过程无需人工干预 .算法用 Matlab语言实现 ,可方便地应用于 HBT和HEMT以及无源元件电容。

AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

首先论述了Al GaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在微波大功率领域的应用优势和潜力;其次,介绍并分析了影响Al GaN/GaN HEMT性能的主要参数,分析表明要提高Al-GaN/GaN HEMT的频率和功率性能,需改善寄生电阻、电容、栅长和击穿电压等参数。然后,着重从材料结构和器件工艺的角度阐述了近年来Al GaN/GaN HEMT的研究进展,详细归纳了目前主要的材料生长和器件制作工艺,可以看出基本的工艺思路是尽量提高材料二维电子气的浓度和材料对二维电子气的限制能力的同时减小器件的寄生电容和电阻,增强栅极对沟道的控制能力。另外,根据具体情况调节栅长及沟道电场。最后,简要探讨了Al GaN/GaN HEMT还存在的问题以及面临的挑战。

增强型AlGaN/GaN HEMT器件工艺的研究进展

随着高压开关和高速射频电路的发展,增强型GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)成为该领域内的研究热点。增强型GaN基HEMT只有在加正栅压才有工作电流,可以大大拓展该器件在低功耗数字电路中的应用。近年来,国内外对增强型GaN基HEMT阈值电压的研究主要集中以下两个方面:在材料生长方面,通过生长薄势垒、降低Al组分、生长无极化电荷的AlGaN/GaN异质材料、生长InGaN或p-GaN盖帽层,来控制二维电子气浓度;在器件工艺方面,采用高功函数金属、MIS结构、刻蚀凹栅、F基等离子体处理,来控制表面电势,影响二维电子气浓度。从影响器件阈值电压的相关因素出发,探讨了实现和优化增强型GaN基HEMT的各种工艺方法和发展方向。

提高GaN功率器件开关频率的技术途径

GaN基增强型高速开关器件是提升X波段微系统集成放大器工作效率的核心器件。介绍了凹槽栅结构、F-注入等制作GaN基增强型器件的关键技术,同时分析了场板、介质栅等对器件击穿特性的影响。针对影响GaN基功率器件开关特性的主要因素,重点分析了提高增强型GaN基功率器件开关频率的主要技术途径。减小器件的接触电阻、沟道方块电阻可以降低器件电阻对频率的影响。小栅长器件中栅电容较低,电子的沟道渡越时间较短,也可以提高器件的频率特性。此外,由于GaN基的功率器件频率高,设计应用在GaN器件上的栅驱动电路显得尤为重要。

氮气氛下衬底负偏压预溅射对GaAs肖特基势垒性能的改善

本文研究了不同气氛下衬底负偏压预溅射对GaAs肖特基势垒特性的影响。我们发现,采用氮气氛下衬底负偏压预溅射新工艺能明显改善GaAs肖特基势垒特性:势垒高度增高,势垒电容减小和二极管反向击穿电压增大。这种新工艺对于GaAs肖特基势垒特性改善和GaAs MESFETs性能提高是一个非常有用的技术。

TiN/n-GaAs肖特基势垒特性

本文用俄歇能谱(AES)、电流-电压(I-V)和电容-电压(C-V)电学测量等方法,研究了反应溅射制备的TiN/n-GaAs肖特基势垒特性.经800℃高温热退火后,TiN/n-GaAs势垒具有良好的整流特性和高温稳定性,其势垒高度为0.80cV,理想因子n为1.07.同时还观察到许多有意义的结果:即随着退火温度的升高(从500℃到800℃),TiN/n-GaAs肖特基二极管的势垒高度增大,势垒电容减小和二极管反向击穿电压增大.我们认为这可能与溅射过程中GaAs衬底中掺氮有关,并用Shannon模型(即金属/P-GaAs/n-GaAs结构)解释了以上结果.研究结果表明,在自对准GaAs MESFET工艺中,TiN是一种很有希望的栅材料.

提高SiC MESFET栅金属平坦性的方法

SiC金属-半导体场效应晶体管的工艺研制中,通常需要有源区之间的隔离。现常用刻蚀隔离的方法,但这一方法存在细栅条跨越隔离台阶的问题,若隔离台阶太陡,则栅金属在台阶处连续性较差,易产生电迁徙,器件工作时首先在此处烧毁,使器件失效。设计了几种提高栅金属平坦性的方法:通过优化台上掩模层台阶倾斜角以及调整刻蚀ICP,RIE功率可以实现18°左右倾斜台阶;通过"类平坦化"技术可以将绝缘介质淀积到台下区,基本实现无台阶;利用"离子注入隔离"取代"刻蚀隔离"则可以真正实现无台阶。实验验证以上方法可以有效提高栅金属的平坦性。

GaAs MESFET大信号瞬态模拟

本文采用了大信号瞬态分析方法，从砷化镓（ＧａＡｓ）材料参数和器件几何参数出发，通过求解Ｐｏｉｓｓｉｏｎ方程和连续性方程，模拟出ＦＥＴ器件端口特性，得到了大小信号器件模型不同的定量依据，并在此基础上提取出了ＦＥＴ非线性模型参数．本文所开发的软件，其有效性在从材料器件物理参数出发，一步设计出微波单片集成电路（ＭＭＩＣ）的ＣＡＤ过程中得到了验证．

ZrN/n-GaAs肖特基势垒特性研究

本文用RBS,AES和电特性测量等方法,研究了ZrN/n-GaAs肖特基势垒.结果表明ZrN/GaAs势垒有良好的电特性和高温稳定性.经850℃高温退火后,势垒高度为0.90eV,理想因子n=1.02.同时我们观察到,随着退火温度升高(从500℃升高到850℃),ZrN/GaAs势垒电特性有明显改进:肖特基势垒高度增大、二极管反向电流减小、二极管电容减小和反向击穿电压增大.以上特点表明,ZrN/GaAs是用于自对准高速GaAs集成电路的较为理想的栅材料.

SiC MESFET反向截止漏电流的研究

给出了一种减小SiC MESFET栅漏反向截止漏电流的工艺方法,通过采用LPCVD淀积厚SiO2和高温氧化工艺,使器件的性能得到一定的提升。从实验数据看出,器件在S波段工作时,器件的反向截止漏电流大幅度下降,且分散性得到改善,其功率附加效率和功率增益也分别提高了10%和1.5 dB。该方法充分发挥了SiC材料能形成自身氧化层的优势,结合Si工艺的特点,减小了氧化层的缺陷,并在一定程度上减小了器件的寄生电容。

液氮制冷的AlGaN/GaN HEMT太赫兹探测器阵列特性研究

为充分发挥AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(High-Electron-Mobility Transistor,HEMT)太赫兹探测器阵列的高电子迁移率优势,文中研究了HEMT太赫兹探测器阵列在77K下的探测特性。使用液氮杜瓦为降温主体搭建了适用于焦平面(Focal-Plane Array,FPA)芯片的低温系统,实现了对焦平面芯片常温与低温下的对比测试。温度从300 K降到77 K时,探测器阵列像元的平均响应度提高近3倍,平均噪声有小幅增大,340GHz时平均噪声等效功率(Noise Equivalent Power,NEP)从45.1pW/Hz^(1/2)降低到了19.4pW/Hz^(1/2),灵敏度提高两倍以上。与硅透镜耦合的单元探测器相比,阵列像元的灵敏度提升仍有较大空间。主要是由于各像素点最佳工作电压的不一致,导致在给定统一工作电压下像元间的响应度和噪声都表现出较大的离散性,文中讨论了降低最佳工作电压离散度的可能解决方案。

提高SiC MESFET功率增益的研究

在高纯半绝缘衬底上采用国产的外延技术和自己开发的器件设计及工艺技术,研制出在S波段连续波输出功率大于10 W、功率增益大于9 dB、功率附加效率不低于35%的性能样管,比研制初期的3～5 dB的功率增益得到了较大幅度的提高,初步显现了SiC器件在S波段连续波大功率、高增益方面的优势。采用亚微米光刻和低欧姆接触形成及减小附加寄生参量,使器件在更大功率输出的情况下,功率增益和功率附加效率得到了明显提升,证明采取的措施是有效的。

S波段SiC MESFET微波功率MMIC

利用本实验室生长的半绝缘衬底上的4H-SiC外延材料开展了SiC MESFET和MMIC的工艺技术研究。在实现SiC衬底减薄和通孔技术的基础上,采用微带技术以及全套的无源器件,设计并研制了国内第一片SiC微波功率MMIC。研制的SiC MMIC工作频段为S波段,在1.8~3.4GHz的频带内小信号增益大于12dB,漏电压为32V时带内脉冲输出功率超过5W。SiCMMIC小信号特性达到了设计预期,但输出功率低于设计值。这是由于受到MI M电容耐压能力的限制,SiC MMIC的工作电压比较低。

RTD表观正阻与串联电阻非本征双稳态的相关性

在RTD的I-V特性测量过程中,有时在负阻区出现VP>VV的情况,一般称为表观正阻(APR)现象。通过RTD/RS锁定电路负载线分析,证实APR起源于RTD串联电阻非本征双稳态线。

WN_x/n-GaAs肖特基势垒特性

本文用俄歇能谱、卢瑟福背散射、电流-电压和电容-电压等方法研究了射频磁控反应溅射制备的WN_x/n-GaAs肖特基势垒特性。结果表明,经800℃快速热退火后,WN_x/n-GaAs势垒具有良好的整流特性和高温稳定性,其势垒高度为0.79ev,理想因子为1.19。在自对准GaAs MESFET工艺中,WN_x是一种好的栅材料。