基于肖特基二极管单片集成芯片的340 GHz收发链路

针对太赫兹通信及成像等系统对高集成度射频收发链路的需求,在自主研制的太赫兹肖特基二极管的基础上,建立了器件的精确模型,设计并制备出基于二极管的倍频/混频单片集成芯片,解决了传统二极管装配难度大、一致性差的难题,提高了器件的性能。成功研制出170 GHz、340 GHz倍频器和340 GHz混频器模块,并且开发出集成化的340 GHz发射与接收链路。发射端一体化模块实现了342 GHz功率为22 mW的输出,接收端一体化模块实现了330~350 GHz单边带变频损耗在10 dB上下。该模块的开发为未来太赫兹通信及成像技术的应用奠定基础。

InP基谐振隧穿二极管的研究

谐振隧穿二极管(RTD)具有高频、低功耗、负阻、双稳态、自锁等优点,在超高速数字电路领域具有非常好的应用前景。加之InP材料固有的优越特性,使得InP基谐振隧穿器件成为目前研究的重点。研究并试制了InP基RTD实验样品,对其直流特性进行了测试分析,器件的最大电流峰谷比(PVCR)达到了17.8。

SiC衬底X波段GaN MMIC的研究

使用国产6H-SiC衬底的GaN HEMT外延材料研制出高工作电压、高输出功率的AlGaN/GaN HEMT。利用ICCAP软件建立器件大信号模型,利用ADS软件仿真优化了双级GaNMMIC,研制出具有通孔结构的GaN MMIC芯片,连续波测试显示,频率为9.1~10.1 GHz时连续波输出功率大于10 W,带内增益大于12 dB,增益平坦度为±0.2 dB。该功率单片为第一个采用国产SiC衬底的GaN MMIC。

X波段大栅宽高输出功率AlGaN/GaN HEMT的研究

利用MOCVD技术研制了国产SiC衬底的GaN HEMT外延材料,方块电阻小于260Ω/□,迁移率最大值达到2130 cm2V-1s-1,方块电阻和迁移率不均匀性小于3%,采用新的器件栅结构和高应力SiN钝化技术,降低了大栅宽器件栅泄漏电流,提高了工作电压。研制的总栅宽为25.3 mm的四胞内匹配器件X波段输出功率达到141.25 W,线性增益大于12 dB,PAE达到41.4%。

SiC MESFET工艺在片检测技术

介绍了SiC MESFET芯片加工工艺中的主要在片检测技术,包括芯片表面情况判定、干法刻蚀的监测、等平面工艺的辅助测试、欧姆接触比接触电阻值的测试以及各种中间测试技术。芯片表面情况判定主要通过显微镜观察表面形貌、原子力显微镜测表面均匀性以及扫描电镜观察形貌以及组分分析。干法刻蚀的监测主要通过台阶仪结合椭偏仪实现,即保证了干法刻蚀按预想的深度刻蚀也验证了材料结构的参数。通过TLM图形测试的比接触电阻值可以确保良好的欧姆接触,减小器件的串联电阻,提高器件的电流处理能力,为实现高功率输出奠定基础。通过台阶仪测量和显微镜观察实现的等平面工艺大大提高了器件的性能,微波功率提高30%左右,增益提高1.5 dB以上,功率附加效率提高接近10%。

太赫兹波的几个基本问题

介绍了用于加工太赫兹波元件的微机械加工技术(铣削、放电加工、电铸、湿法腐蚀Si、干法腐蚀Si、厚光刻胶:SU-8和LIGA)及其最新结果。重点描述了应用于太赫兹波的器件和集成电路,如将可用于太赫兹波的各种新颖二极管、半导体纳米器件、新的高电子迁移率晶体管、毫米波集成电路、量子器件、红外器件、量子级联激光器(单极级间跃迁激光器)。基于带间跃迁量子机理的半导体器件(譬如量子级联激光器)的频率极限高于与半导体能带隙相关器件的频率,其大多数体半导体的频率可以达到10THz以上。但是,基于经典的电子扩散传输机理的二极管、三极管的高频极限则受限于渡越时间和寄生参数RC时间常数。

用于SiC和蓝宝石衬底的AlGaN/GaN HEMT热解析模型

研究了温度的升高对低场迁移率及阈值电压的影响,建立了模拟AlGaN/GaN HEMT直流I-V特性的热解析模型。模型考虑了极化、材料热导率、电子迁移率、薄层载流子浓度、饱和电子漂移速度及导带断续的影响。模拟结果表明,低场迁移率随温度的升高而下降,阈值电压随温度的升高略有增加,但变化很小,而沟道温度随漏压的增加上升很快,并最终导致输出漏电流的下降。最后将模拟结果与实验值进行对比,符合较好,证明了该模型的正确性,并可以应用于SiC和蓝宝石两种不同衬底AlGaN/GaN HEMT器件的模拟。

后CMOS器件的候选者

介绍了几种后CMOS器件可能的候选器件:谐振隧道器件、单电子晶体管、碳纳米管晶体管、分子器件和自旋晶体管。

基于MOCVD生长材料的高电流密度太赫兹共振隧穿二极管

为获得高功率的太赫兹共振隧穿器件,优化设计了AlAs/InGaAs/AlAs共振遂穿二极管材料结构,在国内首次采用MOCVD设备在半绝缘InP单晶片上生长了RTD外延材料。利用接触光刻工艺和空气桥搭接技术,制作了InP基共振遂穿二极管器件。并在室温下测试了器件的电学特性:峰值电流密度>400kA/cm2,峰谷电流比(PVCR)>2.4。

RTD纳米薄层的精细控制及X射线双晶衍射测量

在共振隧穿二极管(RTD)的MBE生长中,用双生长速率和束流调制技术实现了RTDnm级薄层的精细控制;用X射线双晶衍射仪扫描并分析了典型双势垒RTD样品的衍射摇摆曲线;用计算机对样品结构进行了动力学模拟分析。结果显示样品异质结界面和晶体质量良好,纳米薄膜的组分和厚度偏差分别控制在2%和3.5%之内,说明薄层的生长得到了精细控制。

石墨烯场效应晶体管的非线性模型

包含新技术、新材料的新型器件的不断涌现,使现有的传统器件模型已不能完全表征石墨烯场效应晶体管(GFET)的特性。提出了一种基于经验公式的非线性模型来表征GFET的特性,该模型对传统经验模型的公式和拓扑结构进行了改进,使其能更好地表征GFET的特性。该模型包含了GFET的栅源电流模型、源漏电流模型、电容模型和低频散射效应等。此外该模型为可定标的模型,可用于一定尺寸范围的器件的仿真。该模型可集成在仿真软件中进行石墨烯电路的设计,其直流I-V特性和多偏置S参数的仿真结果与测试结果吻合较好,验证了该模型的有效性。

Si面4H-SiC衬底上外延石墨烯近平衡态制备

SiC热解法是制备大面积、高质量石墨烯的理想选择之一.外延石墨烯的晶体质量仍是制约其应用的关键因素之一.本文通过SiC热解法在4H-SiC(0001)衬底上制备单层外延石墨烯.通过引入氩气惰性气氛和硅蒸气,使SiC衬底表面的Si原子升华与返回概率接近平衡,外延石墨烯生长速率大大减慢,单层石墨烯的生长时间从15 min延长至75 min.测试分析表明,生长速率减慢,外延石墨烯中缺陷减少,晶体质量提高,使得外延石墨烯的电性能都得到改善,单层外延石墨烯的最高载流子迁移率达到1200 cm2/V·s,方阻604?/.以上结果表明,控制生长气氛,减慢生长速率是实现高质量外延石墨烯的可行途径之一.