AlN/GaN HEMT毫米波器件结构仿真研究

为实现更高工作频率的氮化镓(gallium nitride,GaN)基高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,HEMT)器件,采用薄势垒外延结构、缩小栅长对提升器件的截止频率十分重要。通过对不同氮化铝(aluminium nitride,AIN)势垒层厚度以及不同尺寸栅长的AlN/GaN HEMT进行仿真分析,系统研究不同结构对器件短沟道效应、直流及频率等特性的影响。首先固定栅长为100nm,研究了跨导与截止频率随AlN势垒层厚度的变化情况。跨导随势垒层厚度的增加先增大后减小。当势垒层厚度为4nm时,跨导达到最大值(592mS/mm),截止频率也达到最大值。为尽可能提升器件的截止频率,同时避免器件出现短沟道效应,固定AlN势垒层厚度为4nm,研究器件截止频率与短沟道效应随器件栅长的变化情况。仿真表明器件截止频率随栅长的减小而增大,50nm栅长的器件截止频率最高,但栅长为50nm时器件短沟道效应严重,此时器件纵横比(L_(g)/T_(bar))为12.5。因此需要提升器件的纵横比,当器件栅长达到100nm时(L_(g)/T_(bar)=25),器件短沟道效应得到抑制,且具有较高的截止频率。仿真结果表明,AlN HEMT具有较高的截止频率,同时应采用较大的纵横比设计(纵横比为25左右)以抑制短沟道效应,为后续高频AlN/GaN HEMTs器件的制备提供了理论依据。