热源尺寸对AlGaN/GaN HEMT器件热阻的影响机理

基于CREE公司生产的十条栅指AlGaN/GaN HEMT器件,利用热传导方程,研究了AlGaN/GaN HEMT器件热阻随热源尺寸的变化规律及影响机理,建立了GaN HEMT器件的热传播模型并通过红外测温法结合Sentaurus TCAD模拟仿真的方法验证了模型的准确性.研究发现:热阻随热源尺寸的减小以近似指数的规律增加,随栅宽的减小以反比的规律增加.另外,在芯片尺寸、散热条件、功率密度等条件不变的情况下,栅长从1μm减小到0.05μm时,热阻大约增加80％.对该变化规律从两个方面进行了解释:一方面,热源面积越小,微观尺寸上的散热面积越小,热阻越大;另外,热源尺寸的减小会引起热源处热容的减小,产生的热量是一定的,热阻与温升成正比,因此对应的热阻增加.     

X-波段AlGaN/GaN HEMT功率MMIC

<正>AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其高输出功率密度、高电压工作和易于宽带匹配等优势将成为下一代高频固态微波功率器件。微波功率器件主要有内匹配功率管和功率单片微波集成电路(MMIC)两种结构形式,功率MMIC尽管其研制成本相对较高,但功率MMIC可实现宽带匹配,同时功率MMIC的体积较内匹配功率管小得多,是满足诸如X     

L波段350W AlGaN/GaN HEMT器件研制

基于高纯半绝缘碳化硅衬底,采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺生长了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)外延材料.室温下霍尔测试结果表明,外延层二维电子气迁移率为1 950cm2/ (V·s),方块电阻为350 Ω,电阻均匀性为3％.通过优化工艺降低了欧姆接触电阻,提高了器件工作效率.采用源场板结合栅场板的双场板技术和增大源漏间距,提高了器件击穿电压.优化了背面减薄和背面通孔技术,提高了器件散热能力.采用阻抗匹配技术提升了芯片阻抗.最终采用预匹配技术和金属陶瓷封装技术成功制作50 mm栅宽的AlGaN/GaNHEMT器件.直流测试结果表明,器件击穿电压高达175 V.微波测试结果表明,在50 V工作电压、1.3 GHz下,器件输出功率达350 W,功率附加效率达81％,功率增益大于13 dB.     

动态应力对AlGaN/GaN HEMT性能的影响

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件在实际应用过程中经常受到由于振动、热胀冷缩等原因引起的动态应力.为了研究动态应力对器件性能带来的影响,利用自主设计的应力机械装置对AlGaN/GaN HEMT芯片持续施加峰值大小为150 MPa,频率为3 Hz的交变应力.施加应力过程中,每隔一定的应力周期对器件进行电学特性测量,得到了不同应力周期下的输出特性曲线和转移特性曲线.研究分析了随着应力周期的增加输出电流和跨导的变化,研究结果表明,器件的输出电流和跨导随着施加动态应力周期的增加而减小.随着动态应力的加载,器件将产生缺陷,是器件发生退化的原因.     

干法刻蚀和氢等离子体处理制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT特性

增强型p-GaN栅AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅与源漏之间的沟道特性对器件性能具有重要的影响.在同一晶圆衬底上,采用干法刻蚀和氢等离子体处理栅与源、漏之间的p-GaN,制备增强型p-GaN栅AlGaN/GaN HEMT.对器件静态、动态特性和栅极漏电特性进行研究,采用两种方法制备的器件均具有较高的击穿电压(＞850 V@10 μA/mm).通过氢等离子体处理制备的器件的方块电阻较大,导致输出电流密度较低,在动态特性和栅极漏电方面具有明显的优势,氢等离子体处理技术提高了界面态的缺陷激活能,从而实现了较低的栅极反向漏电.     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT. 栅长1.2μm,源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V, ft和fmax分别为5.2和9.3GHz. 比较刻蚀前后的肖特基I-V特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在. 深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

AlGaN/GaN HEMT势垒层厚度影响的模拟及优化

完成了对AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)的结构设计及器件物理特性的验证等工作.使用TCAD软件完成了该器件直流特性及微波特性等性能的模拟.建立该器件的极化效应模型是本项研究的重点.完成了对异质结条件下诸多模型参数的筛选及修正,得到了符合理论的模拟结果.器件特性的验证与优化基于势垒层厚度h的变化展开,研究...     

毫米波AlGaN / GaN HEMT 交流特性研究

毫米波频段已经成为AlGaN/GaN HEMT研究的一个发展趋势。利用器件仿真软件TCAD,对AlGaN/GaN HEMT交流特性进行了研究。从势垒层的Al组分和厚度两个参数分析了器件特征频率变化趋势。用TCAD仿真得到的AlGaN/GaN HEMT器件本征S参数,在ADS中添加器件的非本征参数,得到器件仿真的频率特性。在器件设计的基础上,进行了器件版图设计和流片,并测量了器件频率特性。测试和仿真结果的对比表明两者较为一致,表明器件仿真的有效性和指导意义。     

增强型AlGaN/GaN槽栅HEMT

成功研制出蓝宝石衬底的槽栅增强型AlGaN/GaN HEMT.栅长1.2μm.源漏间距4μm,槽深15nm的器件在3V栅压下饱和电流达到332mA/mm,最大跨导为221mS/mm,阈值电压为0.57V,ft和,fmax分别为5.2和9.3GHz.比较刎蚀前后的肖特基,Ⅰ-Ⅴ特性,证实了槽栅刻蚀过程中非有意淀积介质层的存在.深入研究了增强型器件亚阈特性和频率特性.     

Ka波段AlGaN/GaN HEMT栅结构仿真研究

为了研究适合Ka波段AlGaN/GaN HEMT的栅结构尺寸,借助二维器件仿真软件Silvaco Atlas,在完善仿真模型的基础上研究了Γ型栅各部分对AlGaN/GaN HEMT特性的影响,包括栅长与短沟道效应的关系、栅与沟道距离对短沟道效应和饱和漏电流的影响,以及栅金属厚度对fmax,栅场板对fT、fmax和内部电场的影响。根据典型器件结构和材料参数的仿真表明,为了提高频率并减轻短沟道效应,栅长应取0.15～0.25μm;减小栅与沟道的距离可略微改善短沟道效应,但会明显降低器件的饱和漏电流,综合考虑栅调制能力、饱和漏电流、短沟道效应三个方面,栅与沟道距离应取10～20nm;为了提高fmax,栅金属厚度应大于0.4μm;缩小栅场板长度可有效提高器件的频率,兼顾Ka波段应用和提高击穿电压,栅场板长度应在0.3～0.4μm左右。仿真得出的器件性能随结构参数的变化趋势以及尺寸数据对于Ka波段AlGaN/GaN HEMT的研究具有参考意义。     

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．     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

Ga N有较 Ga As更宽的禁带、更高的击穿场强、更高的电子饱和速度和更高的热导率 ,Al Ga N/Ga N异质结构不仅具有较 Ga As PHEMT中Al Ga As/In Ga As异质结构更大的导带偏移 ,而且在异质界面附近有很强的自发极化和压电极化 ,极化电场在电子势阱中形成高密度的二维电子气 ,这种二维电子气可以由不掺杂势垒层中的电子转移来产生。理论上 Al Ga N/Ga N HEMT单位毫米栅宽输出功率可达到几十瓦 ,而且其宽禁带特点决定它可以承受更高的工作结温 ,作为新一代的微波功率器件 ,Al Ga N/Ga N HEMT将成为微波大功率器件发展的方向。采…     

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.     

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。     

AlGaN/GaN HEMT高温特性的研究进展

回顾了在高温条件下A1GaN/GaN HEMT器件特性的研究进展.发现2DEG的高温特性是影响器件高温性能的根本内在因素,且外延材料的缺陷、衬底及其器件的封装形式也影响器件的高温特性.最后总结了适合高温下工作的AlGaN/GaN HEMT的改进方法.     

蓝宝石衬底上槽栅型X波段增强型AlGaN/GaN HEMT

研制了一款X波段增强型AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。在3英寸(1英寸=2.54 cm)蓝宝石衬底上采用低损伤栅凹槽刻蚀技术制备了栅长为0.3μm的增强型AlGaN/GaN HEMT。所制备的增强型器件的阈值电压为0.42 V,最大跨导为401 mS/mm,导通电阻为2.7Ω·mm。器件的电流增益截止频率和最高振荡频率分别为36.1和65.2 GHz。在10 GHz下进行微波测试,增强型AlGaN/GaN HEMT的最大输出功率密度达到5.76 W/mm,最大功率附加效率为49.1%。在同一材料上制备的耗尽型器件最大输出功率密度和最大功率附加效率分别为6.16 W/mm和50.2%。增强型器件的射频特性可与在同一晶圆上制备的耗尽型器件相比拟。     

调制掺杂对AlGaN/GaN HEMT材料电学性能的影响

利用范德堡Hall方法和汞探针C-V方法,研究了不同Si调制掺杂浓度对AlGaN/GaN HEMT材料电学性质的影响.发现si掺杂可以改善材料电学性能,二维电子气(2DEG)面密度和方块电阻(ns×μ)可以通过si调制掺杂精确控制.当Si掺杂浓度为3×10(18)cm-3时,得到了最低的方块电阻360Ω/□.尽管受到高浓度电子和离化杂质对二维电子气的散射影响,迁移率仍可达1220cm2/(V·s).分析了范德堡Hall方法和汞探针C-V方法的差别,同时测得材料的阈值电压也在合理范围.     

高性能的增强型AlGaN/GaN HEMT

采用氟离子处理的方法实现了阈值电压0.35V的增强型AlGaN/GaN HEMT 器件。该器件展示了高性能直流特性,最大饱和电流 667mA/mm,器件的峰值跨导达到203ms/mm。 1μm栅长电流增益截止频率和最大振荡截止频率分别为10.3GHz和12.5GHz,并且小信号特性在器件氟离子处理后并没有出现衰退。最后,采用SIMS的实验结果辅助进行了数值仿真,对氟离子在势垒层中起受主缺陷的理论给出了合理的解释。     

X-波段AlGaN/GaN HEMT 功率MMIC

AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)以其高输出功率密度、高电压工作和易于宽带匹配优势将成为下一代高频固态微波功率器件.     

8英寸Si衬底上高质量AlGaN/GaN HEMT结构的生长

在8英寸(1英寸=2.54 cm)的Si衬底上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)生长了高质量、无龟裂的GaN薄膜和AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构.通过调节应力调控层的结构,厚度为5 μm的GaN膜层翘曲度低于50 μm.采用X射线衍射(XRD)对GaN薄膜的(002)和(102)衍射峰进行扫描,其半峰全宽(FWHM)分别为182和291 arcsec.透射电子显微镜(TEM)截面图显示GaN外延层的位错密度达到了3.5×107/cm2,证实了在大尺寸Si衬底上可以制作高质量的GaN薄膜.AlGaN/GaN HEMT结构的二维电子气浓度和载流子迁移率分别为9.29×1012/cm2和2 230 cm2/(V·s).基于这些半绝缘AlGaN/GaNHEMT结构所制作的功率电子器件的输出电流可达20 A,横向击穿电压可达1 200 V.