Al2O3介质层厚度对AlGaN/GaN金属氧化物半导体-高电子迁移率晶体管性能的影响

在蓝宝石衬底上采用原子层淀积法制作了三种不同Al2O3介质层厚度的绝缘栅高电子迁移率晶体管.通过对三种器件的栅电容、栅泄漏电流、输出和转移特性的测试表明:随着Al2O3介质层厚度的增加,器件的栅控能力逐渐减弱,但是其栅泄漏电流明显降低,击穿电压相应提高.通过分析认为薄的绝缘层能够提供大的栅电容,因此其阈值电压较小,但是绝缘性能较差,并不能很好地抑制栅电流的泄漏;其次随着介质厚度的增加,可以对栅极施加更高的正偏压,因此获得了更高的最大饱和电流.另外,对三种器件的C-V与跨导特性的深入分析证明了较厚的Al2O3层拥有更好的介质质量与钝化效果.

高功率微波作用下半导体器件失效和防护分析

高功率微波(HPM)通过直接或间接耦合产生的电热效应会干扰电子通信设备的工作,甚至造成不可逆转的损伤或损毁。总结了在高功率微波作用下器件失效性分析和高功率微波防护的国内外研究进展;求解了横向扩散金属氧化物场效应管(LDMOSFET)、异质结双极型晶体管(HBT)、高电子迁移率晶体管(HEMT)在高功率脉冲注入下的电热应力场分布以及阈值功率;提出了用瞬态稳压抑制器(TVS)二极管设计微波防护电路的方法。最后分析了当前研究的局限性以及后续研究方向,为电路系统的设计和安全性评估提供参考。

金属氧化物薄膜晶体管最新研究进展

薄膜晶体管(TFTs)为满足高性能平板显示器的发展需求,正经历着快速增长的态势,同时其应用也扩大到新型透明电子和功能型电子领域.基于大量文献和研究工作,阐述金属氧化物TFTs的发展历程,非晶硅、低温多晶硅以及有机物等半导体材料TFTs的研究现状,重点论述基于单一或多元金属组分以及复合纳米结构的高性能氧化物TFTs的关键性结构和迁移率.认为新型复合纳米结构的氧化物TFTs不仅在很大范围内影响现有的电子器件,而且也将应用于新型的显示、存储以及通信等重要领域.这些新型薄膜材料以及薄膜电子器件未来将会在超越传统薄膜电子领域呈现全新的局面.

超高速化合物半导体器件（2）Ⅲ—Ⅴ族化合物异质双极晶体管

以高电子迁移率晶体管、异质结双极晶体管和微波／毫米波集成电路为例，介绍化合物半导体器件的特点、封装、测试及其应用。

高性能金属铟镓锌氧化物TFT的研究

在2.5 G试验线上研究了金属氧化物IGZO薄膜晶体管(TFT)的性能,获得良好的IGZO TFT性能,迁移率为10.65cm2/V·s,阈值电压Vth为-1.5 V,开态电流为1.58×10-4 A,关态电流为3.0×10-12,开关比为5.27×107,亚阈值摆幅为0.44V/Dev,验证了TFT的均一性和重复性。此外还研究了可见光照和电压偏应力对IGZO TFT性能的影响,可见光照不会促使IGZO TFT Vth的漂移,进行2 h的负偏电压应力测试,IGZO TFT的Vth几乎没有漂移。使用上述IGZO TFT基板成功地制作了中国大陆第一款Oxide-LCD样机(18.5英寸),展现出良好的效果。

带有原位生长SiN_(x)绝缘层的AlN/GaN毫米波高效率MIS-HEMT器件

本文采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长原位SiN_(x)栅介质制备了用于Ka波段高功率毫米波应用的AlN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)。原位生长SiN_(x)栅介质显著抑制了栅反向漏电、栅介质/AlN界面态密度和电流坍塌。所研制的MIS HEMTs在V_(GS)=2 V时最大饱和输出电流为2.2 A/mm,峰值跨导为509 m S/mm,在V_(GS)=-30 V时肖特基栅漏电流为4.7×10^(-6)A/mm。采用0.15μm T形栅技术,获得98 GHz的fT和165 GHz的f_(MAX)。大信号测量表明,在连续波模式下,漏极电压V_(DS)=8 V时,MIS HEMT在40 GHz下输出功率密度2.3 W/mm,45.2%的功率附加效率(PAE),而当V_(DS)增加到15 V时,功率密度提升到5.2 W/mm,PAE为42.2%。

高迁移率Ge沟道器件研究进展

高迁移率Ge沟道器件由于其较高而且更对称的载流子迁移率,成为未来互补型金属-氧化物-半导体(CMOS)器件极有潜力的候选材料.然而,对于Ge基MOS器件,其栅、源漏方面面临的挑战严重影响了Ge基MOS器件性能的提升,尤其是Ge NMOS器件.本文重点分析了Ge基器件在栅、源漏方面面临的问题,综述了国内外研究者们提出的不同解决方案,在此基础上提出了新的技术方案.研究结果为Ge基MOS器件性能的进一步提升奠定了基础.

瞄准未来-太赫兹晶体管

基于氮化铟高电子迁移率场效应晶体管实现高速逻辑、混合信号的集成电路显然还有很长的路要走，但研究已经开展起来。目前也取得了一些成果，比如对概念的物理分析。实际操作中也取得一些突破，如在氮化铟上对氮化镓进行高选择性刻蚀；在氮化镓／氮化铟上对金属氧化物半导体结构制备工艺；

宽温区MOSFET反型层载流子迁移率的模型和测定方法

首先介绍了宽温区 (2 7～ 30 0°C) MOSFET的阈值电压、泄漏电流和漏源电流的特点以及载流子迁移率的高温模型 ;进而给出了室温下 MOSFET反型层载流子迁移率的测定方法 ,最后提出了利用线性区 I- V特性方程测定宽温区 MOSFET反型层载流子迁移率的方法 。

HfO_2/TaON叠层栅介质Ge pMOSFET制备及迁移率退化研究

为提高high-k/Ge界面质量,在high-k介质和Ge表面引入薄的TaON界面层。相对于没有界面层的样品,HfO2/TaON叠层栅介质Ge pMOSFET样品的空穴迁移率有显著提高,但仍小于理论预测值。利用high-k栅介质MOSFET中各种新的附加散射机制,分析了迁移率退化的原因,模型计算结果与实验结果一致。

宽温区MOSFET的非常数表面迁移率效应

在对硅材料基本物理参数的高温模型和宽温区 ( 2 7～ 30 0℃ ) MOSFET基本特性深入研究的基础上 ,进一步研究了宽温区 MOSFET的非常数表面迁移率效应。理论和实验研究结果表明 ,由于高温下晶格散射加剧 ,使表面纵向电场对载流子迁移率的影响减弱 ,使小尺寸

高阈值电压低界面态增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT

采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺并结合高温氮气氛围退火技术,制备出了高阈值电压的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMT)。采用高温热氧化栅极凹槽刻蚀工艺刻蚀AlGaN层,并在AlGaN/GaN界面处自动终止刻蚀,可有效控制刻蚀的精度并降低栅槽表面的粗糙度。同时,利用高温氮气退火技术能够修复Al_2O_3/GaN界面的界面陷阱,并降低Al_2O_3栅介质体缺陷,因此能够减少Al_2O_3/GaN界面的界面态密度并提升栅极击穿电压。采用这两项技术制备的硅基GaN增强型Al_2O_3/GaN MIS-HEMT具有较低的栅槽表面平均粗糙度(0.24 nm)、较高的阈值电压(4.9 V)和栅极击穿电压(14.5 V)以及较低的界面态密度(8.49×10^(11) cm^(-2))。

超低压双电层晶体管研究获进展

膜晶体管（Thin-film transistors,TFTs）是一类重要的半导体器件,在平板显示、传感器等领域具有广泛的应用价值。最近几年,宽带隙氧化物半导体由于其具有低温成膜、高电子迁移率、可见光透明等优点,在薄膜晶体管领域引起了人们广泛的研究兴趣。

叠层高k栅介质中远程界面粗糙散射的理论模型

利用双子带近似,从理论上研究了远程界面粗糙散射对叠层高k栅介质MOSFET反型载流子迁移率的退化作用,模拟了叠层高k栅介质结构参数和材料参数对远程界面粗糙散射的影响。结果表明,对于精确的迁移率模型,远程界面粗糙散射必须加以考虑,另外,在设计叠层高k栅介质MOSFET时,在EOT得到满足的条件下,尽可能利用具有较高介电常数的界面层和具有较低介电常数的高k栅介质,可以减小迁移率退化。

InGaAs纳电子学的进展

InGaAs HEMT器件和纳米加工技术的结合推动了InGaAs纳电子学的发展,在太赫兹和后CMOS逻辑电路两大领域产生重要影响。综述了InGaAs纳电子学近10年在两大领域的发展路径和最新进展。在太赫兹领域,InGaAs纳电子学以InGaAs HEMT发展为主,沿着提高沟道In组分、缩小T型栅长、减少势垒层厚度和寄生电阻的技术路线发展。InGaAs太赫兹单片集成电路(TMIC)的工作频率达到1 THz,成为目前工作频率最高的晶体管。在后CMOS逻辑电路领域,InGaAs纳电子学以InGaAs MOSFET发展为主,沿着提高复合量子阱沟道中的In组分、缩小平面器件结构中的栅长、缩小立体器件结构中的鳍宽、减少埋栅结构中复合高k介质栅厚度、减少寄生电阻和在大尺寸Si晶圆上与Ge MOSFET共集成的技术路线发展。鳍宽为30 nm的InGaAs FinFET的亚阈值斜率(SS)为82 mV/dec,漏感生势垒降低(DIBL)为10 mV/V,最大跨导(g_(m,max))为1.8 mS/μm,导通电流(I_(ON))为0.41 mA/μm,关断电流(I_(OFF))为0.1μA/μm,其性能优于同尺寸的Si FinFET,具有成为后CMOS的7 nm节点后替代NMOSFET器件的潜力。

栅极面积和ESD结构对AlGaN/GaN MIS-HEMTs中LPCVD-SiNx栅介质TDDB特性的影响

基于CMOS兼容性GaN工艺,研制出具有低压化学气相沉积SiNx栅介质的硅基AlGaN/GaN异质结金属-绝缘层-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs)器件。通过威布尔统计分析,研究了栅介质面积和静电释放(ESD)结构对SiNx的经时击穿(TDDB)特性的影响。结果表明,较小的栅介质面积有利于更长的器件寿命,而ESD保护结构有利于提升器件栅介质在高电压应力下的可靠性和稳定性,主要原因为SBD的寄生电容可有效吸收电脉冲感应在介质薄膜中产生的电荷。最后,通过线性E模型预测具有35 nm厚LPCVD-SiNx栅介质的AlGaN/GaN MIS-HEMTs在栅极电压为13 V条件下的击穿寿命可达20年(0.01%,T=25℃)。

GaN MIS-HEMT偏置温度不稳定性表征和寿命预测

MIS-HEMT是最有前景的GaN HEMT器件结构之一,其通过引入高势垒的绝缘介质层,可以极大地抑制栅极泄漏电流,从而降低静态功耗。然而,额外的绝缘介质层在绝缘介质层和AlGaN界面处引入了大量的缺陷,使得MIS-HEMT的可靠性非常差,在偏置电压下的阈值电压的漂移极大,即偏置温度不稳定性(BTI)老化严重。与硅不同,GaN MIS-HEMT中绝大多数的缺陷都属于可恢复缺陷,随着栅极电压的变化可以反复地充放电,因此其BTI的恢复效应要远大于硅。采用单点I_(d)测量方法,将GaN MIS-HEMT阈值电压(V_(th))的测量从传统直流(DC)法的秒级缩短到了1 ms,构建了考虑恢复效应的GaN MIS-HEMT的BTI老化物理模型,预测了器件的寿命。试验结果表明,传统DC法严重地低估了BTI退化,在ΔV_(th)=1 V的失效判据下,传统DC法预测的器件寿命比考虑恢复效应的单点I_(d)法测得的寿命高了4个数量级。

Ⅲ族氮化物InAlN半导体异质结研究进展

由于高频大功率固态微波功率电子器件有明显的应用前景,在过去二十年氮化镓(GaN)基高电子迁移率晶体管(HEMT)得到广泛研究,取得了一系列进展,并开始走向商业化.为了进一步提高器件性能,尤其是高工作频率和高电压下器件工作的可靠性,新材料、新工艺以及新器件被不断提出,其中基于InAlN材料的晶格匹配无应变异质结凭借优越材料性能成为新一代GaN基HEMT材料.本文结合在III族化合物半导体材料和器件领域的相关工作,对InAlN基异质结半导体材料生长进展做简要综述.在分析InAlN基异质结外延生长的基础上,对我们提出的脉冲式(表面反应增强)金属有机物化学气相淀积(MOCVD)外延InAlN/GaN异质结技术优势和外延材料结果进行了讨论.

高迁移率In0.6Ga0.4As沟道MOSHEMT与MOSFET器件特性的研究

从模拟和实验两个方面对高迁移率In_(0.6)Ga_(0.4)As沟道金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOSHEMT)和金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)器件开展研究工作.研宄发现InAlAs势垒层对Ino_(0.6)Ga_(0.4)AsMOSHEMT的特性具有重要影响.与Ino_(0.6)Ga_(0.4)As MOSFET相比,Ino_(0.6)Ga_(0.4)As MOSHEMT表现出优异的电学特性.实验结果表明,In_(0.6)Ga_(0.4)As MOSHEMT的有效沟道迁移率达到2812 cm^2/V.s^(-1),是In_(0.6)Ga_(0.4)As MOSFET的3.2倍.0.02 mm栅长的MOSHEMT器件较相同栅长的MOSFET器件具有更高的驱动电流、更大的跨导峰值、更大的开关比、更高的击穿电压和更小的亚阈值摆幅.

GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成的研究

基于圆片级外延层转移技术,将完成GaAs pHEMT有源器件加工的外延层从原有衬底上完整地剥离下来并转移到完成工艺加工的Si CMOS圆片上,基于开发的异类器件互联以及异类器件单片集成电路设计等一系列关键技术,进行了GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片电路的工艺加工。研制的GaAs pHEMT与Si CMOS异质集成单片数字控制开关电路与传统的GaAs pHEMT单片电路相比,芯片面积减小15%。