氮极HEMT正在赶超传统技术

氮极HEMT正在赶超传统技术

      在蓝宝石衬底上用MOCVD生长的氮极HEMT在4GHz频率时可获得与传统镓极HEMT相当的功率密度。

      来自美国加州大学Santa Barbara分校的工程师们，已经将氮极HEMT在4GHz工作频率下的单位功率密度从8.1W/mm提升到12.1 W /mm。这种氮极晶体管和更为普遍的镓极晶体管一样，都是非常具有应用前景的器件，能从L波段到W波段进行微波的功率放大。

      论文的第一作者Seshadri Kolluti表示，从镓极HEMT转换到氮极HEMT具有诸多的优势，如具有很低的接触电阻以及更好的按比例缩小特性，后者是使器件能达到更高工作频率的关键。之所以它能具有更高的工作频率是因为在氮极HEMT器件中的电荷是由位于二维电子气下方的AlGaN阻挡层诱导而产生，这就使得栅极可安置在离导电沟道非常接近的部位。Kolluri说：“然而，在经如此高度缩小的器件结构中，我们需要开发一种良好的绝缘体材料来防止栅极的漏电”。

      包括S. Denbaars和U. Mishra在内的美国UCSB大学团队通过改变沉积技术，即把采用分子束外延MBE技术改成采用金属有机气相沉积MOCVD技术之后，将他们的HEMT的功率密度提升了4W/mm。Kolluri解释道：“较低的位错密度和富氮生长条件对MOCVD生长器件层十分有利，所制作的器件具有更低的栅极漏电流和更高的击穿电压”。

      与蓝宝石衬底a-平面呈4°的角度来生长HEMT，其目的就是希望能获得光滑、高质量氮极薄膜。晶体管的尺寸为2μm×50μm，栅极的标称长度为0.7μm，栅漏间的间隔为0.8μm，它们都是通过标准光刻工艺形成。对击穿电压定义是，通过1μm间隔缓冲层的漏电流为1mA/mm时所需要施加的电压值，通过对该器件测试显示其击穿电压为250V。

      该HEMT器件的最大振荡频率和截止频率分别为40GHz和16GHz。在4GHz工作频率的条件下，将HEMT器件的偏置设在深度AB级模式来测量其连续功率（此时漏极偏置电压为50V，静态漏极电流为121mA/mm），测得其输出功率密度为12.1W/mm，具有55%附加的功率效率。该器件在4GHz频率下输出功率密度与在蓝宝石衬底上所制作的最好的镓极AlGaN/GaN器件相当。由于SiC衬底具有极高的热导率，UCSM大学团队目前正着眼于在半绝缘SiC衬底上用MOCVD来生长氮极HEMT，这将能制作出具有更高功率密度的HEMT器件。Kolluri说道：“我们还正在尝试将器件的栅极长度缩减到100-150nm，这样就可以在毫米波段内获得更好的功率放大性能。”

      S. Kolluri et al. IEEE Electron. Dev. Lett.