广告

微电子所在毫米波GaN MIS-HEMT器件研究方面取得突破

时间:2021-11-05 作者:魏珂,韩超,微电子所高频高压中心 阅读:
GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在功率放大器和无线通讯领域具有广泛的应用前景,目前GaN器件的工作频段已进入毫米波段。随着器件工作频率的提高,需要等比例缩小器件尺寸。然而……
广告

近日,微电子所刘新宇研究员团队以PEALD 沉积SiN作为栅介质,成功研制出高性能毫米波MIS-HEMT,并通过远程等离子体预处理(RPP)技术,在EET > 0.4 eV条件下, 界面态密度达到了6×1011 cm-2 eV-1~2.1×1012 cm-2 eV-1,实现了低界面态密度,减小了器件的关态泄漏电流,保证了器件具有良好的阈值电压稳定性。与常规HEMT器件相比,MIS-HEMT器件沟道载流子迁移率显著提高,器件电流崩塌效应得到抑制,在30GHz连续波测试中,实现了7.05W/mm的功率密度,峰值效率51.4%。 

GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)在功率放大器和无线通讯领域具有广泛的应用前景,目前GaN器件的工作频段已进入毫米波段。随着器件工作频率的提高,需要等比例缩小器件尺寸。然而,降低势垒层的厚度,导致二维电子气(2DEG)密度降低;栅长的缩短降低了栅极金属对沟道载流子的控制能力,增加了泄漏电流;栅槽刻蚀引入的损伤造成了沟道载流子散射严重,迁移率下降,2DEG的退化传输特性制约了毫米波器件性能的提升。通过在栅金属和半导体之间增加一层绝缘材料,形成金属-介质-半导体(MIS)结构可有效改善2DGE的迁移率,使MIS结构在降低器件栅漏电流和提高器件击穿电压等方面具有明显的优势。

氮化硅(SiN)是目前较多采用的栅介质材料,其与III-N界面处可以形成较大的导带偏移(ΔEC),有利于降低漏电流,更重要的是在沉积SiN过程中可以使用非氧前驱体材料,降低界面态密度。目前报道栅介质材料的射频器件主要集中在低频段,毫米波MIS射频器件的研究较少。 

刘新宇研究员团队开发了等离子增强型原子层淀积SiN生长技术,通过优化介质沉积前的表面处理技术,结合远程等离子体预处理(RPP)技术,实现了高性能毫米波GaN MIS-HEMT器件。该器件具有低泄漏电流和电流崩塌效应,与常规肖特基栅结构HEMT器件对比,栅介质层的引入有效降低了载流子的散射,将沟道载流子迁移率提升18%。改善的2DEG输运特性促进了MIS-HEMT器件的输出功率密度,在30GHz连续波测试下实现了7.05W/mm的输出,峰值附加功率效率51.4%,对比发现,毫米波MIS-HEMT器件在提升器件功率特性、降低器件泄漏电流等方面具有显著的优势,为提高毫米波频段器件性能提供了新的技术路线。 

该团队在GaN毫米波MIS-HEMT器件方面进行了一系列深入的研究,相关研究成果分别发表于国际电机电子工程师协会期刊IEEE Electron Device Letters(DOI: 10.1109/LED.2021.3105817), IEEE Trans. Electron Devices(DOI:10.1109/TED.2020.3037888)、VACUUM(DOI:10.1016/j.vacuum.2021.110359),论文第一作者为张昇,通信作者为魏珂、刘新宇研究员。 

图(a)和(b)毫米波MIS-HEMT器件结构图和TEM图; HEMT器件和MIS-HEMT器件(c)反向肖特基漏电流(d)2DEG迁移率;(e)30GHz下MIS-HEMT器件功率测试;(f)26GHz—40GHz文献报道的毫米波HEMT和MIS-HEMT器件功率特性

责编:Luffy Liu

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 四种开关器件的效率比较 在设计电源时,必须考虑其可靠性和安全性。设计人员需要仔细查看提供的数据,并进行大量测试来计算最差使用效率。功耗(静态和动态)的计算是电源电路设计的必要步骤。改善开关系统和提高电路效率的技术有很多,每种功率器件也都有其自身特点和优缺点,具体应根据应用而定。
  • 如何在48V系统中轻松应用GaN FET? GaN FET可以应用在48V电源系统中,但由于缺乏配合GaN FET工作的合适控制器,工程师们常利用DSP数字解决方案来实现其高频和高效率设计。然而,DSP解决方案因为需要额外的IC而增加了复杂性和难度。本文介绍了一种兼容GaN FET的模拟控制器,它只需很少的器件,就可以让设计人员像使用硅FET一样简单地设计同步降压变换器,同时提供卓越的性能。
  • 百瓦快充成趋势,预估2025年GaN在快充市场渗透率将超越 从目前快充市场功率规格来看,2020年GaN快充市场以55W~65W为主流功率段,约占GaN元件销售市占率72%,其中又以65W为主流。而百瓦级大功率产品,2020年市占率仅约8%,但市场前景备受期待,越来越多厂商陆续推出大功率快充产品,以应对消费者日益增加的用电需求,目前最高功率已达140W。
  • 碳化硅功率晶体的设计发展及驱动电压限制 传统上在高压功率晶体的设计中,采用硅材料的功率晶体要达到低通态电阻,必须采用超级结技术(superjunction),利用电荷补偿的方式使磊晶层(Epitaxial layer)内的垂直电场分布均匀,有效减少磊晶层厚度及其造成的通态电阻。但是采用超级结技术的高压功率晶体,其最大耐压都在1000V以下。如果要能够耐更高的电压,就必须采用碳化硅材料来制造功率晶体……
  • 低功率范围内的MOSFET表征 低电流范围内电气表征的典型问题是:必需确定低功率/低漏流MOSFET在不同条件下可实现的器件性能。测量至关重要,因为它们识别具体指标(FoM),而这些指标会证实或否认特定应用内的有效行为。
  • 特种技术——芯片改变我们的生活 包括特种技术在内的硅芯片造就了巨大进步,技术的发展速度得到提升,这也是半导体行业商业前景如此广阔的原因之一。
  • 新款iPad Pro 2021成最受欢迎的 由于采用性能相对强大的M1处理器和mini-LED屏幕以及更多的创新,新款iPad Pro 2021已经成为消费者心目中最受欢迎。然而,iPad 2却已经在全球范围内被列入“复古和过时”的名单中。
  • 三星折叠屏手机Galaxy Z Fold 3 目前来看,折叠屏新机作为一种新的生产力工具,逐渐成为高端/平板的一种趋势,有报料称三星的Galaxy Z Fold 3发布时间或为7月,并且会引入新手势操控。

  • 储能与电动汽车应用爆发下,安全可靠 随着汽车设计转向电气化,以及风能和太阳能等可再生能源的部署速度加快,并不断与新推出的储能和电池技术融合。高功率电子成为电池系统的关键部件。这些电子需要与低压数字控制器通信并由其控制,如何实现安全迅速的接口通信是设计可靠电池管理系统的一大挑战。
  • 中国芯应用创新32强出击,众多奖项花 11月16日,第三届IAIC中国芯应用创新设计大赛决赛在深圳前海举行,大赛组委会邀请了来自兆易创新、华大半导体等原厂专家、来自旦恩资本、一本基金、深创投等资深投资机构以及来自中电港、中科院深圳先进院、深半协、深圳中微电、健天电子、史河机器人科技、亚力盛等行业专家作为决赛的评委专家组。
广告
热门推荐
广告
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了