基于MOCVD欧姆再生长制备的高性能AlGaN/GaN HEMTs

本文基于MOCVD欧姆再生长技术，制备了高性能的AlGaN/GaN HEMTs。器件具有016Ω·mm的低欧姆接触电阻，并且在100K到425K的温度范围内，欧姆接触电阻表现出良好的热稳定性。由于欧姆接触电阻的改善，源漏间距Lsd为2μm，栅长Lg为100nm的器件的最大饱和电流密度ID,max为1350mA/mm，跨导峰值Gm,max为372mS/mm，导通电阻Ron为1.4Ω·mm，膝点电压Vknee为1.8V。此外，器件也表现出优异的射频特性，电流增益截止频率fT为60GHz，最大振荡频率fmax为109GHz，在3.6GHz下，VDS偏置在15V，器件的功率附加效率PAE为67.1%，最大输出功率密度Pout为3.2W/mm；在30GHz下，VDS偏置在20V，功率附加效率PAE为43.2%，最大输出功率密度Pout为5.6W/mm，这表明了基于MOCVD欧姆再生长技术制备的AlGaN/GaN HEMTs器件在Sub-6G以及毫米波波段的应用中具有巨大潜力。     

AlN/GaN HEMT毫米波器件结构仿真研究

为实现更高工作频率的氮化镓（gallium nitride,GaN）基高电子迁移率晶体管（high electron mobility transistor,HEMT）器件，采用薄势垒外延结构、缩小栅长对提升器件的截止频率十分重要。通过对不同氮化铝（aluminium nitride,AIN）势垒层厚度以及不同尺寸栅长的AlN/GaN HEMT进行仿真分析，系统研究不同结构对器件短沟道效应、直流及频率等特性的影响。首先固定栅长为100nm，研究了跨导与截止频率随AlN势垒层厚度的变化情况。跨导随势垒层厚度的增加先增大后减小。当势垒层厚度为4nm时，跨导达到最大值(592mS/mm)，截止频率也达到最大值。为尽可能提升器件的截止频率，同时避免器件出现短沟道效应，固定AlN势垒层厚度为4nm，研究器件截止频率与短沟道效应随器件栅长的变化情况。仿真表明器件截止频率随栅长的减小而增大，50nm栅长的器件截止频率最高，但栅长为50nm时器件短沟道效应严重，此时器件纵横比(Lg/Tbar)为12.5。因此需要提升器件的纵横比，当器件栅长达到100nm时(Lg/Tbar=25)，器件短沟道效应得到抑制，且具有较高的截止频率。仿真结果表明，AlN HEMT具有较高的截止频率，同时应采用较大的纵横比设计(纵横比为25左右)以抑制短沟道效应，为后续高频AlN/GaN HEMTs器件的制备提供了理论依据。     

GaN基高电子迁移率晶体管的质子辐照效应研究

文章研究了A1GaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的质子辐照效应。在3MeV质子辐照下,采用三种不同辐照剂量6×10¹⁴,4×10¹⁴和1×10¹⁵protons/cm²。在最高辐照剂量下,漏极饱和电流下降了20%,最大跨导降低了5%。随着剂量增加,阈值电压向正向漂移,栅泄露电流增加。AlGaN/GaN HEMT电学特性的退化主要是由辐照引入的位移损伤引起的。从SRIM软件计算出空位密度,将Ga空位对应的能级引入Silvaco器件仿真软件中,仿真结果与实验结果相匹配。Hall测试结果显示二维电子气（2DEG）浓度和迁移率在辐照后有所降低。     

SiC MOSFET器件单粒子烧毁仿真分析

应用于航天器的宽禁带半导体功率器件会受到空间带电粒子的影响而存在单粒子烧毁（SEB）风险。为研究单粒子烧毁的机理及防护措施，文章利用半导体工艺器件仿真（TCAD）对SiC MOSFET器件进行了SEB仿真分析，发现粒子入射最敏感位置时器件发生SEB的阈值电压在500 V。同时，通过仿真获得器件微观电参数分布特性，分析认为器件发生SEB的机理是寄生晶体管的正反馈作用导致缓冲层和基区的电场强度（5.4 MV/cm和4.2 MV/cm）超过SiC材料击穿场强（3 MV/cm）。此外，针对仿真揭示的器件SEB薄弱区域，提出将P+源区的深度向下延伸至Pbase基区底部的工艺加固思路，并通过仿真验证表明该措施使器件发生SEB的阈值电压提高到近550 V。以上模拟结果可为该类器件的抗SEB设计提供技术支持。