蓝宝石上横向外延GaN薄膜

在蓝宝石衬底上利用金属有机物气相外延(MOCVD)方法对横向外延(ELO)GaN薄膜的生长条件进行了研究.在蓝宝石衬底上利用化学腐蚀的方法刻饰出图案,再沉积低温GaN缓冲层作为外延层的子晶层,以降低外延层与衬底的晶格失配与热失配,制备出低位错密度的GaN外延层.分别利用X射线衍射、原子力显微镜及湿法腐蚀对外延层进行检测.     

SiC衬底上高性能AlGaN/GaN HEMT结构材料的研制

用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在半绝缘4H-和6H-SiC衬底上研制出了高性能的具有国内领先和国际先进水平的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,室温二维电子气迁移率和浓度分别为2215cm2/(V·s)和1.044×1013cm-2;50mm外延片平均方块电阻不高于253.7Ω/□,方块电阻不均匀性小于2.02%;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有较高的晶体质量和表面质量.用以上材料研制出了1mm栅宽AlGaN/GaN HEMT功率器件,8GHz连续波输入下器件的输出功率密度为8.25W/mm,功率附加效率为39.4%;对研制的器件进行了可靠性测试,器件连续工作半小时后,输出功率只下降了0.1dBm,表明所研制的器件具备了一定的可靠性.     

蓝宝石衬底表面的高精密加工工艺

为了获得优化的CMP参数变化,对实验进行了设计,并采用CMP方法在C6382I-W/YJ单面抛光机上对蓝宝石衬底表面进行了加工.根据蓝宝石衬底特性,选择了碱性抛光液,并选用SiO2胶体作为磨料.依据高去除的目的,对如底盘转速、抛光液流量、温度及压力等不同工艺参数进行了研究.根据实验结果,确定了蓝宝石衬底表面的CMP最佳工艺参数.     

ZnO-MOCVD水平反应室几何结构的模拟

采用基于计算流体力学(CFD)的数值计算方法,对自制的生长ZnO的MOCVD(金属有机物化学气相淀积)反应室内的流场进行了三维数值模拟和分析.数值模拟采用有限体积差分方法对系统的控制方程进行离散.通过解决流体的能量、动量、质量和物种守恒方程,研究了气体入口的倾斜角度对衬底表面淀积的ZnO分布的影响,并研究了不同的衬底位置对生长速率的影响.计算结果对ZnO-MOCVD系统结构的优化提供了一个有力的参考依据.     

SiC半导体二维自旋磁极化子能量的磁场效应

在考虑声子之间相互作用和电子自旋的情况下,应用么正变换和线性组合算符法研究了电子自旋对SiC半导体弱耦合二维自旋磁极化子能量磁场效应的影响。数值计算给出了下列结果:电子自旋使自陷能分裂为二,且随磁场B增加其分裂间距增大;电子自旋能量与电子在磁场中的Landau基态能之比恒为0.23;电子自旋能量与自能之比小于电子自旋能量与自陷能之比,但非常接近,它们随B增强而近似线性增大,当B为0和10T时,它们分别为0和0.008;电子自旋能量与声子之间相互作用能量之比也随B增加而线性增大,当B为0和7.949T时,其比值分别为0和1。该结果有助于设计和研制自旋场效应晶体管,自旋发光二极管和自旋共振隧道器件等。     

微波功率SiC MESFET小信号等效电路建模研究

在传统GaAs MESFET器件小信号模型基础上提出一种更适合SiC MESFET器件的小信号等效电路模型.该模型在引入了与栅压相关的输入电导后,明显改善了S11的拟合精度.提出直接利用cold FET反向栅压偏置下的S参数,通过曲线拟合和外插技术提取SiC MESFET小信号等效电路寄生参数的方法.该模型应用于国内SiCMESFET工艺线,在O.5～18GHz范围内S参数的仿真值和实测值非常吻合.     

SiC MESFET微波功率器件的研制

利用本实验室生长的4H-SiC外延材料开展了SiC微波功率器件的研究.通过对欧姆接触和干法刻槽工艺的优化,研制出高性能的SiC MESFET.利用1mm栅宽SiC MESFET制成的微波功率放大器在2GHz 64V工作时,连续波输出功率达4.09W,功率增益为9.3dB,PAE为31.3%.文中还给出了SiC功率放大器在微波大信号工作时的稳定性的初步测试结果.     

高能量钒注入n型4H-SiC的欧姆接触形成

借助二次离子质谱法分析了注入的钒离子在碳化硅中的分布.即使经过1650℃的高温退火,钒在碳化硅中的再扩散也不显著.退火并没有导致明显的钒向碳化硅表面扩散形成堆积的现象,由于缺少钒的补偿作用,表面薄层的自由载流子浓度保持不变.采用线性传输线模型测量了钒注入n型4H-SiC上的Ni基接触电阻,在1050℃下,在氮、氢混合气体中退火10min,形成的最低比接触电阻为4.4×10-3Ω·cm2.金属化退火后的XRD分析结果表明,镍、碳化硅界面处形成了Ni2Si和石墨相.观测到的石墨相是由于退火导致C原子外扩散并堆积形成,同时在碳化硅表面形成C空位.C空位可以提高有效载流子浓度,降低势垒高度并减小耗尽层宽度,对最终形成欧姆接触起到了关键作用.     

A 12-Channel,30Gb/s,0.18μm CMOS Front-End Amplifier for Parallel Optic-Fiber Receivers

给出了一个采用TSMC 0.18μm CMOS工艺设计并实现的12路30Gb/s并行光接收前端放大器.电路设计采用RGC结构和噪声优化技术,克服了CMOS光检测器大寄生电容造成的带宽不够的问题.测试结果表明,在2pF的寄生电容下单信道传输速率达到了2.5Gb/s,在0.8mVpp输入下得到了清晰的眼图.提出了一种同时采用p 保护环(PGR)、n 保护环(NGR)和深n阱(DNW)的并行放大器隔离结构,有效地抑制了并行放大器之间的串扰,减小了放大器之间的衬底耦合噪声.测量结果表明,这种结构与PGR和PGR NGR相比,在1GHz时放大器之间的隔离度分别提高了29.2和8.1dB,在2GHz时放大器之间的隔离度分别提高了8.1和2.5dB.芯片采用1.8V电源供电,单路前端放大器的功耗为85mW,12路总功耗约为1W.     

MOCVD生长的SiC衬底高迁移率GaN沟道层AlGaN/AlN/GaN HEMT结构

用MOCVD技术在高阻6H-SiC衬底上研制出了具有高迁移率GaN沟道层的AlGaN/AlN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料,其室温和80K时二维电子气迁移率分别为1944和11588cm2/(V·s),相应二维电子气浓度为1.03×1013cm-2;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有良好的晶体质量和表面形貌,10μm×10μm样品的表面粗糙度为0.27nm.用此材料研制出了栅长为0.8μm,栅宽为1.2mm的HEMT器件,最大漏极饱和电流密度和非本征跨导分别为957mA/mm和267mS/mm.