红外与毫米波学报
2022, 41(6): 1037
1 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 中科院太赫兹固态技术重点实验室，上海 200050
2 中国科学院大学 材料科学与光电子工程中心，北京 100049
3 海南师范大学 材料科学与光电工程研究中心，海南 海口 571158
采用气体源分子束外延（GSMBE）技术，研究了InP衬底上InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对In0.66Ga0.34As/InyAl1-yAs高迁移率晶体管（HEMT）材料特性影响。研究了不同厚度和不同铟含量的InyAl1-yAs线性渐变缓冲层对材料的表面质量、电子迁移率和二维电子气浓度的影响。结果表明，在300 K（77 K）时，电子迁移率和电子浓度分别为8 570 cm2/（Vs）-1（23 200 cm2/（Vs）-1）3.255E12 cm-2（2.732E12 cm-2）。当InyAl1-yAs线性渐变缓冲层厚度为50 nm时，材料的表面形貌得到了很好的改善，均方根粗糙度（RMS）为0.154 nm。本研究可以为HEMT器件性能的提高提供强有力的支持。
InyAl1-yAs线性渐变缓冲层 磷化铟 高电子迁移率场效应晶体管 InyAl1-yAs graded buffer layer InP high electron mobility transistor（HEMT）
1 西安电子科技大学 a.机电工程学院
2 b.宽禁带半导体技术国家重点实验室, 陕西西安 710071
3 西安电子科技大学 b.宽禁带半导体技术国家重点实验室, 陕西西安 710071
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)器件具有抗高频、耐高温、大功率、抗辐射等特性, 在核反应堆、宇宙探测等辐射环境中具有广阔的应用前景。借助 SRIM软件仿真 1.8 MeV质子辐射对不同 AlGaN势垒层纵向尺寸下的常规耗尽型器件内部产生空位密度的影响, 并观察空位密度随深度的变化规律。在最优 AlGaN势垒层厚度条件下, 通过仿真对比 5种不同栅氧层材料的 MIS-HEMT器件, 发现氮化铝(AlN)栅氧层材料具有相对较好的抗辐射效果。
GaN材料 HEMT器件 MIS-HEMT器件 质子辐射仿真 material of GaN High Electron Mobility Transistor Metal Insulator Semiconductor -HEMT proton radiation simulation 太赫兹科学与电子信息学报
2022, 20(9): 922
1 长春理工大学, 高功率半导体激光国家重点实验室, 物理学院, 长春 130022
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所, 苏州 215123
3 江西省纳米技术研究院, 纳米器件与工艺研究部暨南昌市先进封测重点实验室, 南昌 330200
氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor, HEMT)以其击穿场强高、导通电阻低、转换效率高等特点引起科研人员的广泛关注并有望应用于电力电子系统中, 但其高功率密度和高频特性给封装技术带来极大挑战。传统硅基电力电子器件封装中寄生电感参数较大, 会引起开关振荡等问题, 使GaN的优良性能难以充分发挥; 另外, 封装的热管理能力决定了功率器件的可靠性, 若不能很好地解决器件的自热效应, 会导致其性能降低, 甚至芯片烧毁。本文在阐释传统封装技术应用于氮化镓功率电子器件时产生的开关震荡和热管理问题基础上, 详细综述了针对以上问题进行的GaN封装技术研究进展, 包括通过优化控制电路、减小电感Lg、提高电阻Rg抑制dv/dt、在栅电极上加入铁氧体磁环、优化PCB布局、提高磁通抵消量等方法解决寄生电感导致的开关振荡、高导热材料金刚石在器件热管理中的应用、器件封装结构改进, 以及其他散热技术等。
氮化镓 功率电子器件 封装技术 高电子迁移率晶体管 开关振荡 散热 金刚石 gallium nitride power electronic device packaging technology high electron mobility transistor switch oscillation heat dissipation diamond
提出了一款基于超材料的太赫兹幅度调制器,其结构由开口“弓”形超材料结构、高电子迁移率晶体管、斜十字馈线和碳化硅衬底四部分构成。“弓”形超材料结构开口处的连通和断开两种状态将对通过该结构的太赫兹波产生不同的响应。在开口处添加高电子迁移率晶体管可模拟开口连通和断开的效果。当对晶体管上的栅极不施加偏压时,超材料结构开口相当于导通,对太赫兹波透射系数高; 当对晶体管上的栅极施加偏压时,超材料结构开口相当于断开,对太赫兹波透射系数低。仿真结果表明,在0.22THz处,对晶体管栅极不施加偏压时,调制器的透射系数为0.579; 对晶体管栅极施加偏压时,调制器的透射系数为0.040。通过公式计算得到其调制深度为93%,而且对x和y极化入射波具有不敏感的特性。同时,通过分析0.22THz处的电场分布和表面电流分布研究了该太赫兹调制器的工作原理。所设计的太赫兹调制器具有调制深度高、结构简单和易于加工等特点,在太赫兹通信领域具有广阔的应用前景。
太赫兹 高电子迁移率晶体管 超材料 调制器 terahertz high electron mobility transistor metamaterial modulator
1 中国电子科技集团公司 第二十九研究所，四川 成都 610036
2 成都海威华芯科技有限公司，四川 成都 610299
针对0.5 μm氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)自对准T型栅工艺，提出一种优化的解决方案。在感应耦合等离子体设备中引入两段法完成氮化硅栅足的干法刻蚀，其中，主刻蚀部分形成具备一定倾斜角度的氮化硅斜面，从而减小栅下沟道电场强度并提高栅金属对氮化硅槽填充的完整性；软着陆部分则以极低的偏置功率对氮化硅进行过刻蚀，确保完全清除氮化硅的同时尽量减小沟道损伤。通过器件优化前后各项特性的测试结果对比发现：优化后的器件关态击穿电压从140 V提升至200 V以上，3.5 GHz下输出功率密度从5.8 W/mm提升至8.7 W/mm，功率附加效率(PAE)从55.5%提升至66.7%。无偏置高加速应力试验96 h后，工艺优化后的器件外观无明显变化，最大电流变化<5%，表明器件可靠性良好。
氮化镓高电子迁移率晶体管 栅工艺 电感耦合等离子体刻蚀 性能提升 可靠性 GaN High Electron Mobility Transistor gate process Inductive Coupled Plasma(ICP) 太赫兹科学与电子信息学报
2020, 18(2): 318
中国电子科技集团公司第十三研究所, 河北石家庄 050051
基于 0.25 μm GaN工艺和以 SiC为衬底的高电子迁移率晶体管 (HEMT)技术, 采用电抗匹配、优化电路的静态直流工作点、三级放大结构栅宽比 1:3.6:16等措施, 保证电路的增益和功率指标, 实现了 C波段高功率、高增益和高效率的宽带单片微波集成电路 (MMIC)放大器。芯片测试结果表明, 在 4~8 GHz频率范围内, 漏极电压 28 V, 连续波条件下, 放大器的小信号增益大于 30 dB, 大信号增益大于 23 dB, 饱和输出功率大于 44 dBm, 功率附加效率为 38%~45%。该单片放大器芯片尺寸为 3.6 mm×4.0 mm。
GaN高电子迁移率晶体管 高功率放大器 宽带 功率附加效率 GaN High Electron Mobility Transistor high poweramplifiers broad band Power Additional Efficiency(PAE) 太赫兹科学与电子信息学报
2019, 17(2): 248
1 北京工业大学 光电子技术教育部重点实验室, 北京 100124
2 中国移动通信集团广东有限公司 惠州分公司, 广东 惠州 516000
铁电材料作为感光功能薄膜的红外器件研究近年来十分活跃, 其良好的压电、铁电、热释电、光电及非线性光学特性以及能够与半导体工艺相集成等特点, 在微电子和光电子技术领域有着广阔的应用前景。实验将铁电材料锆钛酸铅作为感光层与GaN 基高电子迁移率晶体管（HEMT)相结合, 成功地制备出了感光栅极GaN基HEMT器件, 并在波长为365 nm的光照下进行探测, 经大量实验测试后发现器件在该波段的光照下饱和电流达到28 mA, 相比无光照时饱和电流提高12 mA。另外, 通过合理改变器件结构尺寸, 包括器件栅长以及栅漏间距, 发现随着栅长的增大, 器件的饱和输出电流依次减小, 而栅漏间距的变化对阈值电压以及饱和电流的影响并不大。由此可知, 改变器件结构参数可以达到提高器件性能的目的并且可以提高探测效率。
高电子迁移率晶体管 感光栅极 器件结构 光伏效应 high electron mobility transistor photo gate device structure photovoltaic effect
