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。

200 mm高纯半绝缘SiC衬底AlGaN/GaN HEMT外延材料

南京电子器件研究所采用国产200 mm高纯半绝缘SiC衬底,提出衬底高温刻蚀、GaN外延模式调控应力等技术,有效解决了高温下衬底边缘突翘和薄膜异质生长应力大等问题,显著降低了大尺寸外延材料的翘曲度,研制出高质量200 mm SiC衬底AlGaN/GaN HEMT外延材料(图1)。外延材料测试结果表明,二维电子气室温迁移率达到2 231 cm^(2)/(V·s),方块电阻片内不均匀性为2.3%(图2),GaN(0002)和(1012)面XRD摇摆曲线半高宽分别达到143 arcsec和233 arcsec,圆片弯曲度和翘曲度分别达到-18.7μm和27.1μm(图3)。材料显示了优良的结晶质量和电学特性,为GaN微波毫米波功率器件和MMIC应用奠定了良好的技术基础。

具有微型倾斜栅场板的高频AlGaN/GaN HEMT器件结构研究

较小的器件尺寸可以帮助GaN基HEMT实现更高的频率特性,但会使器件内部电场集聚,引起击穿电压降低,严重限制器件的高频功率特性。为了解决上述问题,采用微型倾斜栅场板,可以在保持频率特性的情况下提升器件的击穿电压。通过对具有不同关键参数(既倾斜角度)的AlGaN/GaN HEMT进行仿真分析,系统研究不同倾斜角度对器件特性的影响。研究发现击穿电压(V_(BK))随着倾斜角度的减小而增大;电流截止频率(f_(T))和最大振荡频率(f_(max))均随着倾斜角度的减小而降低。JFOM(JFOM=f_(T)·V_(BK))随着倾斜角度的减小先增大后降低,具有26.6°倾斜角度的器件的JFOM最大,达到了11.13THz V。通过大信号仿真,发现具有最优倾斜角度的器件工作在深AB类状态时,器件的最大增益、饱和输出功率密度、功率附加效率(PAE)分别为12.90dB、5.62W/mm、52.56%。

Current-collapse suppression and leakage-current decrease in AlGaN/GaN HEMT by sputter-TaN gate-dielectric layer

In this paper, we explore the electrical characteristics of high-electron-mobility transistors(HEMTs) using a TaN/AlGaN/GaN metal insulating semiconductor(MIS) structure. The high-resistance tantalum nitride(TaN) film prepared by magnetron sputtering as the gate dielectric layer of the device achieved an effective reduction of electronic states at the TaN/AlGaN interface, and reducing the gate leakage current of the MIS HEMT, its performance was enhanced. The HEMT exhibited a low gate leakage current of 2.15 × 10^(-7) mA/mm and a breakdown voltage of 1180 V. Furthermore, the MIS HEMT displayed exceptional operational stability during dynamic tests, with dynamic resistance remaining only 1.39 times even under 400 V stress.

基于微区拉曼法的AlGaN/GaN HEMT沟道温度测试研究

针对现有温度测试技术难以满足GaN器件寿命、可靠性以及热管理控制对沟道温度精确评估的需求,开展基于微区拉曼法测定AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的沟道温度的研究。使用拉曼系统测量GaN材料的E2声子频率特征峰来确定沟道温度。通过使用洛伦兹拟合方法,提高拉曼测试结果精度。对微区拉曼法和红外热成像法测量器件结温进行量化研究,器件的直流输出功率密度分别为6、8、10 W/mm时基于微区拉曼法测得的GaN器件沟道温度分布为140.7、176.7、213.6℃;基于红外热成像法测得的温度分布为132.0、160.2、189.8℃。其测试精度相对红外法分别提升6.6%,10.3%和12.5%,同时尝试探索沟道深度方向的温度测量,实现沟道下3μm的温度测量,结果表明微区拉曼法有更高的测试精度,对器件结温的测量与评估以及热管理技术的提升都有重要意义。

AlGaN/GaN异质结HEMT电学特性仿真研究

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)作为宽禁带功率半导体器件的代表,在电子电路的应用方面有巨大的潜力。GaN HEMT因其高击穿电压、高电子迁移率等优异性能,适用于各种高频、高功率器件,并被广泛应用于雷达和航空航天等领域。文中利用Silvaco TCAD软件,定义了AlGaN/GaN单异质结和双异质结HEMT结构,并对其转移特性、输出特性、频率特性和热特性进行了仿真研究。结果表明,AlGaN/GaN双异质结HEMT比单异质结器件具有更好的性能。这主要得益于双异质结二维电子气具有更好的限域性,并且载流子迁移率高的优势。

具有AlN钝化层的AlGaN/GaN HEMT热性能

在现代电力电子和射频应用领域,AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)因其卓越的电性能和高功率密度而备受关注。然而,随着这些应用对功率密度的要求日益增长,AlGaN/GaN HEMT器件的热管理问题逐渐凸显,成为限制器件性能进一步提升的关键因素,尤其是在高功率条件下,自热效应会导致器件结温升高,从而影响器件的可靠性和寿命。因此,开发新的结构以优化AlGaN/GaN HEMT的热性能,对于推动这一技术的商业化应用具有重要意义。为提高AlGaN/GaN HEMT的热性能,描述了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件的自热效应,使用半导体器件模拟工具TCAD进行模拟。由于在器件顶部引入了额外的AlN钝化层,因此比传统的只有SiN钝化的器件表现出更优异的热性能。讨论了不同的AlN厚度(0~10μm)对GaN HEMT性能的影响,结果表明,AlN厚度为5μm的器件表现出较好的性能。提出的AlN/SiN堆叠钝化HEMT晶格温度为477 K,而传统的SiN钝化HEMT晶格温度为578 K。并且分别对比了具有AlN/SiN钝化层的AlGaN/GaN HEMT器件与传统AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性曲线、转移特性曲线、瞬态漏电流响应曲线以及增益-频率特性曲线。

Recess-free enhancement-mode AlGaN/GaN RF HEMTs on Si substrate

Enhancement-mode(E-mode)GaN-on-Si radio-frequency(RF)high-electron-mobility transistors(HEMTs)were fabri-cated on an ultrathin-barrier(UTB)AlGaN(<6 nm)/GaN heterostructure featuring a naturally depleted 2-D electron gas(2DEG)channel.The fabricated E-mode HEMTs exhibit a relatively high threshold voltage(VTH)of+1.1 V with good uniformity.A maxi-mum current/power gain cut-off frequency(fT/fMAX)of 31.3/99.6 GHz with a power added efficiency(PAE)of 52.47%and an out-put power density(Pout)of 1.0 W/mm at 3.5 GHz were achieved on the fabricated E-mode HEMTs with 1-μm gate and Au-free ohmic contact.

AlGaN/GaN HEMT器件的研制

介绍了AlGaN/GaNHEMT器件的研制及室温下器件特性的测试 .漏源欧姆接触采用Ti/Al/Pt/Au ,肖特基结金属为Pt/Au .器件栅长为 1μm ,获得的最大跨导为 12 0mS/mm ,最大的漏源饱和电流密度为 0 95A/mm .

最大振荡频率为200GHz的蓝宝石衬底AlGaN/GaN HEMT(英文)

报道了最大振荡频率为200 GHz的基于蓝宝石衬底的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT).外延材料结构采用InGaN背势垒层来减小短沟道效应,器件采用凹栅槽和T型栅结合的工艺,实现了Ka波段AlGaN/GaNHEMT.器件饱和电流达到1.1 A/mm,跨导为421 mS/mm,截止频率(fT)为30 GHz,最大振荡频率(fmax)为105GHz.采用湿法腐蚀工艺将器件的Si3N4钝化层去除后,器件的Cgs和Cgd减小,器件截止频率提高到50 GHz,最大振荡频率提高到200 GHz.

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑 Al Ga N / Ga N异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上 ,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程 .通过模拟计算 ,研究了 Al Ga N / Ga N HEMT器件掺杂层 Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响 .用准二维物理模型计算了 Al Ga N/ Ga N HEMT器件的输出特性 ,给出了相应的饱和电压和阈值电压 ,并对计算结果和 Al Ga N/ Ga N HEMT器件的结构优化进行了分析 .

高击穿电压AlGaN/GaN HEMT电力开关器件研究进展

作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,GaN材料在各个应用领域的研究工作都受到了高度的重视。概述了基于AlGaN/GaN HEMT结构的新型高压、高频、低损耗电力开关器件的最新研究进展。从器件的结构特征入手,详细介绍了改善器件击穿特性的途径、高频开关特性的研究情况、Si衬底上AlGaN/GaN HEMT结构材料的生长、增强型器件的制备技术和功率集成电路的研究等几个国际上的热点问题。最后,对该项研究面临的问题及未来的发展趋势做了展望。

线性化AlGaN/GaN HEMT费米能级与二维电子气密度关系的解析模型

通过化简复杂非线性的费米能级EF与二维电子气密度ns关系,并利用化简后函数的一阶泰勒多项式建立了线性化AlGaN/GaN HEMT中EF与ns关系的解析模型。该模型可以根据二维电子气密度ns的范围及温度计算EF与ns非线性关系之线性近似的参数斜率a和截距EF0。计算结果表明,所述模型的线性EF-ns计算结果对非线性精确解近似效果较好,且基于该模型计算的ns-VG曲线与实验数据符合良好。

0.5μm AlGaN/GaN HEMT及其应用

报道了采用I线步进光刻实现的76.2 mm SiC衬底0.5μm GaN HEMT。器件正面工艺光刻均采用了I线步进光刻来实现,背面用通孔接地。栅脚介质刻蚀采用一种优化的低损伤RIE刻蚀方法实现了60°左右的侧壁倾斜角,降低了栅脚附近峰值电场强度,提高器件性能和可靠性。研制的GaN HEMT器件fT为15 GHz,fmax为24 GHz,6 GHz下的MSG为17 dB,满足C波段及以下频段应用要求。对1.25 mm栅宽GaN HEMT在2 GHz、28 V工作电压下的负载牵引,最佳功率匹配的功率附加效率66%,对应输出功率以及功率增益分别为38.0 dBm和17.3 dB。对大栅宽GaN HEMT器件的版图进行了优化以利于散热,并将其应用于输出功率60 W的L波段功率模块末级开发。

基于FC技术的AlGaN/GaN HEMT

采用FC技术将管芯倒扣至AlN基板散热的AlGaN/GaN HEMTs,并通过热阻模型分析了FC方式的散热机理.从测试结果看,器件的热阻可大幅降到14 .9K·mm/W,直流特性明显增加,饱和电流提高33%.表明采用FC技术有效改善了器件散热,而且引入的寄生电感较小,可获得更大输出功率.如果进一步完善频率特性的优化,可以加快FC技术的AlGaN/GaN大功率HEMT器件的实用化进程.

高性能1mm AlGaN/GaN功率HEMTs研制

报道了基于蓝宝石衬底的高性能 1mmAlGaN/GaNHEMTs功率器件 .为了提高微波功率器件性能 ,采用新的欧姆接触和新型空气桥方案 .测试表明 ,器件电流密度为 0 784A/mm ,跨导 197mS/mm ,击穿电压大于 4 0V ,截止态漏电较小 ,1mm栅宽器件的单位截止频率达到 2 0GHz,最大振荡频率为 2 8GHz ,功率增益为 11dB ,功率密度为 1 2W/mm ,PAE为 32 % 。

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

报道了研制的 Al Ga N / Ga N微波功率 HEMT,该器件采用以蓝宝石为衬底的非掺杂 Al Ga N/ Ga N异质结构 ,器件工艺采用了 Ti/ Al/ Ni/ Au欧姆接触和 Ni/ Au肖特基势垒接触以及 Si N介质进行器件的钝化 .研制的 2 0 0μm栅宽 T型布局 Al Ga N / Ga N HEMT在 1.8GHz,Vds=30 V时输出功率为 2 8.93d Bm,输出功率密度达到 3.9W/mm ,功率增益为 15 .5 9d B,功率附加效率 (PAE)为 4 8.3% .在 6 .2 GHz,Vds=2 5 V时该器件输出功率为 2 7.0 6 d Bm ,输出功率密度为 2 .5 W/ mm ,功率增益为 10 .2 4 d B,PAE为 35 .2 % .

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。