高电子迁移率晶体管十年

本文从纵向结构设计的角度,回顾和评述了高电子迁移率晶体管(HEMT)十年来的研究与进展,并展望了未来的发展趋势。

3毫米波段HEMT

描述了３毫米波段ＨＥＭＴ的发展及现状，介绍了低噪声和功率器件的关键技术，即最佳结构的ＭＢＥ材料、０．１μｍ栅长制造和测量技术。

毫米波HEMT的现状和分析

本文介绍目前毫米波HEMT的发展现状,重点分析了改善器件性能的途径,包括材料、工艺和器件结构方面的方法。

HEMT的新型分析模型

本文提出了一种高电子迁移率晶体管(HEMT)的新型分析模型。模型采用了Giblin等提出的经验电子速场公式,并全面地考虑了沟道电流的扩散分量及GaAs缓冲层寄生电阻的影响。理论计算的HEMT Ⅰ-Ⅴ特性与实验结果符合很好。由本文模型还推导出了HEMT沟道电导、跨导、栅电容和截止频率等微波参数表达式。

具有MIS结构的n-AlGaAs/InGaAs/n-GaAs双调制掺杂赝HEMT

本文设计和研制了具有MIS结构的n-AlGaAs/InGaAs/n-GaAs 双调制掺杂赝HEMT.它结合了MISFET和双调制掺杂赝HEMT的特点.1μm栅长器件的最大漏电流密度达400mA/mm,栅反向击穿电压高达15V.器件还显示了良好的微波射频特性.

InGaAs/AlGaAs PM-HEMT的实验研制

高电子迁移率晶体管(HEMT)在近十年的发展中,已成为微波、毫米波及高速数字领域中最重要的新型半导体器件之一,并正进入实用化与商品化.HEMI的许多优异性能与器件内部异质结界面附近的二维电子气(2DEG)的性质(如高漂移速度、高电子浓度)有关,因而随着对新的异质结构材料中2DEG特性研究的深入,采用新的材料研制HEMT,已成为器件发展中的一个最重要的方向.

HEMT及其界面态效应的二维数值模拟

本文提出了一个调制掺杂异质结界面态模型,并首次将界面态效应引入到HEMT的二维数值模型中.本文用基于异质结漂移-扩散模型建立的 HEMT二维数值模型对常规结构的 AlGaAs/GaAs HEMT进行了模拟,讨论了 HEMT的内部工作机制,特别是异质结效应.本文着重模拟分析了HEMT中界面态对器件性能的影响。模拟结果表明界面态对HEMT的特性有显著的影响.

HEMT器件的非线性模型分析

本文提出了一种新的ＨＥＭＴ器件非线性ＣＡＤ模拟方法，即可以利用ＰＳＰＩＣＥ程序中ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ的非线性ＣＡＤ模型（Ｓｔａｔｚ模型）对ＨＥＭＴ器件进行非线性模拟，并用实验验证了这种方法的正确性。

Ka波段高电子迁移率晶体管的研制

介绍了35GHz赝配高电子迁移率晶体管的设计、制造与性能。在测试频率为35GHz时,该器件的最小噪声系数为2.46dB,相关增益为6.95dB。这是国内首次设计定型的8mm三端固态有源器件,其性能达到了1990年12月Alpha公司公布的AF040N3-00 HEMT的水平。

晶体管超相移因子的探讨

通过对均匀基区晶体管求解连续方程推算出基区输运系数，从而直接求得晶体管的超相移因子。结果表明，超相移因子并不是由基区载流子热弛豫时间决定的因子，而仅是基区载流子电荷存储效应导致的相移的一部分。

SiGe层中载流子迁移率研究简况

近些年来的研究结果认为,用Si_(1-x)Ge_x伪晶作成的异质结晶体管是采用硅工艺制作的高速高频器件的最大竞争对手。它的发展速度很快,在很短的时间内就从实验室内的珍品发展成为以硅工艺为基础的速度最快的双极晶体管,不仅设计制成了n-p-n和p-n-p管,而且制成了Si_(1-x)Ge_x伪晶异质结晶体管(PHBT)的集成电路,并获得满意的结果。采用二维漂移扩散(DD)模拟和一维流体学模拟(HD)来分析这类晶体管的高频性能,证明它们的f_r为70GHz左右。

晶体管超相移因子的精确计算

对晶体管的超相移因子提出一种简单、迅速、精确的计算机计算方法，设计了完整的计算程序。根据决定晶体管性能的关键参数，如：基区宽度、基区少子扩散系数和基区少子扩散长度等，对晶体管超相移因子进行计算，得到精确的结果。

采用新的偏心凹槽栅工艺制作的低噪声InGaAs HEMT

采用新的偏心凹槽栅工艺制作的低噪声InGaAs HEMT(高电子迁移率晶体管),在12GHz下噪声系数可达到0.68dB。这种n-AlGaAs/InGaAs PHEMT结构是用分子束外延法在半绝缘的GaAs衬底上生长的。采用这种新的偏心凹槽栅工艺可以减小栅源电阻,栅漏击穿电压可达6V以上。栅长为0.2μm的InGaAs HEMT在最低噪声偏置点的跨导为510mS/mm。在12GHz下,当V_(ds)=2V,I_(ds)=16mA时,最小噪声系数和相关增益分别为0.68dB和10.4dB。采用这种新的HEMT作为第一级的三级放大器,其最小噪声系数为1.2dB,最大增益为31dB。

超亚微米栅AlGaAs/GaAs HEMT

在分子束外延生长的外延晶片上,用电子束刻蚀技术制作了超亚微米栅AlGaAs/GaAs高电子迁移率晶体管(HEMT),其栅长分布为25～85nm。该器件表明,速度过冲和短栅几何效应对栅长小于100nm的器件起着重要的作用。栅长为30nm的HEMT的最大本征跨导为215mS/mm,有效饱和电子速度可达3×10~7cm/s。

0.35μm栅长的GaAs和GaInAs HEMT的理论比较

用GaAs/Al_(0.32)Ga_(0.68)As,In_(0.15)Ga_(0.85)As/Al_(0.15)Ga_(0.85)As和Ga_(0.47)In_(0.53)As/Al_(0.48)In_(0.52)As三种不同材料系统制作了栅长几乎都为0.35μm的HEMT,我们报道了对这三种HEMT性能所做的理论研究结果。采用综合Morite Carlo模型进行计算,该模型包括实空间转移的整个过程:二维电子气输运特性、不稳定输运及由Poisson方程独立解得到的二维电场分布。根据Ⅰ-Ⅴ特性、跨导和截止频率的测试结果,比较了每种器件的性能。采用这种方法可以完全区别材料参数对器件性能的影响,并将它们分别弄清楚。结果表明。

赝晶Ga_(0.18)In_(0.82)P/InP/Ga_(0.47)In_(0.53)As高电子迁移率晶体管(HEMT)的低温直流特性

为了增加InP层的肖特基势垒高度,选择了一种宽带隙应变GaInP材料,首次采用这种材料在InP上制作了高电子迁移率晶体管(图1)。这些1.3μm栅长的HEMT器件最好的g_m可达300mS/mm。在低温(100～293K)条件下对栅长为3μm的晶体管进行了研究,它们直流特性的改善依赖于冷却程度。在最低温度下测到了最好的改进结果(105K下g_m增加54％)。与AlGaAs/GaAs异质结构不同,这种材料的结构是稳定的,而且在低温下没有出现任何g_m或I_(ds)的减小。

漂移管中相对论电子束引导的匹配条件

本文介绍了对连续型相对论电子束的两种引导及箍缩方法:磁场引导和离子通道的静电引导。在线性引导力的假定下,求得了单磁场引导、单静电引导以及同时使用磁场和电场的混合引导的这三种情况下的匹配条件的解析结果。解析公式表明。在混合引导情况下,为了使电子束匹配,当电子束的中和因子线性增加时,相应的引导磁场不是线性地减小。而是抛物线形地减小。本文还使用了模拟束片内电子横向运动的LGERKB编码,通过对N_0个束内电子的模拟计算,求得了电子束包络。电子束的均方根发射度、典型电子轨道、失配和匹配情况下的束内电子相空间分布(相图)及其演变过程等大量资料。线性模拟结果与解析分析结果完全一致。

用FIB/EB混合光刻加工GaAs FET蘑菇栅

我们用聚焦离子束(FIB)和变形电子束(EB)混合光刻工艺加工了高电子迁移率晶体管(HEMT)的蘑菇栅结构。在这项工艺中,先用FIB光刻将栅区域内的抗蚀剂减薄到大约0.2μm(“顶栅”的形成),然后用EB曝光顶栅的中心(“底栅”的形成)。用变形电子束在GaAs衬底上可重复地描绘出0.20～0.25μm的图形。经挖槽刻蚀和剥离工艺之后就得到了无衬底损伤的0.2μm蘑菇栅。FIB和EB曝光的套刻精度都优于0.2μm。