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藍寶石可削減高速HEMT的漏電流

2011-10-12

位於加利福尼亞馬里布的HRL Laboratories的研究人員製造出了40 nm柵極長度GaN HEMT器件,它結合了數百GHz的運行速度與令人難以置信的低柵極漏電流。

      眾所周知的是,削減柵極長度的尺寸是生產運行在非常高速度的GaN電晶體的關鍵,這類器件可用于納米波成像等應用。然而,柵極尺寸的減小往往會帶來漏電流的增加。

      為了解決柵極漏電流較高的問題,工程師可以在器件中插入一種電介質柵極材料,通常是SiN。但SiN的電介質常數只有6-8,不能滿足40 nm柵極長度的深比例HEMT。在尺寸方面,這個西海岸的團隊展示了一種更好的方法,使用電介質常數為8-10的2 nm厚的藍寶石層。

      這些工程師在3英寸SiC襯底上製作了含有藍寶石層的電晶體,性能可與傳統HEMT器件相媲美(見兩個器件的設計圖)。方法是採用MBE沉積器件層,原子層沉積用來增加Al2O3薄膜。這些HEMT內置了AlGaN緩衝區,為電子提供了一個背勢壘(back barrier),並提供了兩方面的好處——增強了載流子限制,同時減少了短溝道效應。

      新型HEMT的正向偏置柵電流超過傳統等效器件兩個數量級。此外,雖然藍寶石層降低了某些範圍的HEMT性能,但對以下方面影響最小:內部跨導從622 mS/mm下降至552 mS/mm;2V柵源電壓的峰值漏極電流從0.9 A/mm下降至0.86A/mm;截止頻率值和最大振盪頻率分別從138 GHz和286 GHz下降至134 GHz和261 GHz。

      研究人員聲稱,根據研究結果,超薄Al2O3柵極介質對高度可擴展的GaN HEMT器件很有前途。(A. Corrion等。出版於IEEE Electron Dev。Lett)


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