SiC基GaN上多晶金刚石散热膜生长及其影响

通过微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)法,在SiC基GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)异质结构材料上生长多晶金刚石散热膜,采用光学显微镜(OM)、拉曼光谱、非接触霍尔测试系统、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对生长样品进行表征,研究了生长温度、多晶金刚石散热膜厚度对GaN HEMT异质结构材料性能的影响。测试结果表明,当多晶金刚石生长温度为625℃,散热膜厚度为20μm时,GaN材料载流子迁移率降低9.8%,载流子浓度上升5.3%,(002)衍射峰半高宽增加40%。生长温度越高,金刚石散热膜的生长速率越快。当金刚石散热膜厚度相差不大时,生长温度越高,GaN所受拉应力越大,材料电特性衰退越明显。多晶金刚石高温生长过程中,金刚石引入的应力未对GaN结构产生破坏作用,GaN材料中没有出现孔洞等缺陷。

260 GHz GaN高功率三倍频器设计

基于GaN太赫兹二极管芯片,采用非平衡式电路结构,设计了一款260 GHz三倍频器。采用GaN肖特基二极管芯片提高电路的耐受功率和输出功率;采用“减高+减宽”的输出波导结构抑制二次谐波;采用高低阻抗带线结构设计了倍频器的输入滤波器和输出滤波器。测试结果显示,该三倍频器在261 GHz峰值频率下,实现最大输出功率为69.1 mW,转换效率为3.3%,同时具有较好的谐波抑制特性。

碳化硅衬底外延石墨烯

通过高温热解法和化学气相沉积(CVD)法在SiC(0001)衬底外延石墨烯。采用光学显微镜、原子力显微镜、扫描电子显微镜、喇曼光谱、X射线光电子能谱和霍尔测试系统对样品进行表征,并对比了两种不同生长方法对石墨烯材料的影响以及不同的成核机理。结果表明,高温热解法制备的石墨烯材料有明显的台阶形貌,台阶区域平坦均匀,褶皱少,晶体质量取决于SiC衬底表面原子层,电学特性受衬底影响大,迁移率较低。CVD法制备的石墨烯材料整体均匀,褶皱较多,晶体质量更好。该方法制备的石墨烯薄膜悬浮在SiC衬底表面,与衬底之间为范德华力连接,电学特性受衬底影响小,迁移率较高。

4英寸SiC衬底上高性能GaN HEMT材料

使用金属有机气相沉积(MOCVD)设备在4英寸(1英寸=2.54 cm)半绝缘SiC衬底上进行了GaN HEMT结构材料的生长。GaN外延材料(002)和(102)面X射线摇摆曲线半高宽分别为166和238 arcsec,表面粗糙度(Rms)(5μm×5μm)达到0.174 nm,表明GaN外延材料具有较好的晶体质量。另外,喇曼测试发现整个4英寸GaN外延材料应力分布比较均匀,与3英寸GaN外延材料相比应力没有增加。通过非接触霍尔测得GaN HEMT结构材料二维电子气的迁移率达到2 153 cm2/(V.s)、面密度为9.49×1012 cm-2,方块电阻相对标准偏差1.1%,表现出良好的电学性能和均匀性。

图形化蓝宝石衬底表面原位处理对GaN外延薄膜的影响

采用预铺Ga或NH_3氮化等方式原位处理图形化蓝宝石衬底(PSS)表面,然后外延生长了GaN薄膜,研究了PSS表面预处理对GaN薄膜表面形貌、晶体质量以及残余应力的影响。结果显示,PSS经过预铺Ga后生长的GaN薄膜具有平滑的表面和清晰平直的原子台阶,且位错密度最低;氮化后生长的GaN薄膜原子台阶较宽,螺型位错密度较低;衬底未经表面处理生长的GaN薄膜,原子台阶模糊,位错密度最高;同时,与氮化或未经预处理的方法相比,经过预铺Ga的方式预处理PSS表面后生长的GaN薄膜残余应力最小。分析认为,预铺Ga、氮化等方式处理衬底表面,改变了PSS微结构,有利于生长表面平滑、晶体质量高、残余应力小的GaN薄膜。

AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料的研制

采用金属有机气相外延(MOCVD)方法在(0001)面蓝宝石衬底上生长了AlN和高铝组分AlGaN材料。通过优化AlN和AlGaN材料的生长温度、生长压力和Ⅴ族元素/Ⅲ族元素物质的量比(nⅤ/Ⅲ)等工艺条件,得到了高质量的AlN和高铝组分AlGaN材料。AlN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为74 arcsec,透射光谱测试带边峰位于205 nm,带边陡峭;Al组分为45%的AlGaN材料X射线双晶衍射ω(002)半宽为223 arcsec,透射光谱测试带边峰位于272 nm,带边陡峭。采用此外延工艺方法生长了AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器材料并进行了器件工艺流片,研制出AlGaN基p-i-n型日盲紫外探测器,响应峰值波长为262 nm,在零偏压下的峰值响应度达到0.117 A/W。

Directly extracting both threshold voltage and series resistance from the conductance-voltage curve of an AlGaN/GaN Schottky diode

An Ni/Au Schottky contact on an AlGaN/GaN heterostructure has been prepared. By using the peak-conductance model, the threshold voltage and the series resistance of the AlGaN/GaN diode are simultaneously extracted from the conductance-voltage （G-V） curve and found to be in good agreement with the ones obtained by using the capacitance-voltage （C-V） curve integration and the plot of dV/d（ln I） versus current I. Thus, a method of directly and simultaneously extracting both the threshold voltage and the series resistance from the conductance-voltage curve for the AlGaN/GaN Schottky diode is developed.