毫米波AlGaN-GaN HEMT短溝道效應與結構優(yōu)化.pdf

1、毫米波AlGaN/GaN HEMT器件在高頻、大功率、高溫和抗輻照等方面的優(yōu)異表現使它在國防工業(yè)和日常生活中有著越來越廣泛的應用。為了提高毫米波AlGaN/GaN HEMT器件的工作頻率，必須提高器件的電流增益截止頻率（fT）和最高振蕩頻率（fmax），縮短器件柵長是提高器件fT和fmax的重要措施，然而當柵長縮短到納米尺度時短溝道效應將嚴重影響AlGaN/GaN HEMT器件的電學性能，甚至使器件無法正常工作。
　　在分析試制的

2、毫米波AlGaN/GaN HEMT器件測試結果的基礎上，利用二維數值仿真工具 TCAD研究了短溝道效應對器件直流特性和頻率特性的影響，并分析了短溝道效應引起器件性能退化的原因，然后研究了不同尺寸T柵、Γ柵和τ柵對器件fT和fmax的影響，最后探索了不同類型背勢壘對毫米波AlN/GaN HEMT器件直流特性和頻率特性的改進。研究結果表明：
　　當AlGaN/GaN HEMT器件的柵長從500nm縮短至40nm時，器件的飽和特性和夾斷

3、特性嚴重退化。最大直流跨導下降16％，閾值電壓漂移了42%，頻率柵長乘積從19.1GHz·μm下降至5.03GHz·μm。為了有效抑制短溝道效應，器件的縱橫比應該保持在6以上。
　　對T柵器件，柵足高度越小器件的輸出特性和夾斷特性越好。柵帽會增大器件的柵電容，隨著柵足高度的增大，器件的fT和fmax不斷提高，但當柵足高度增大到300nm之后，增大柵足高度已經不能有效提高器件的fT和fmax。柵帽下鈍化材料采用低K材料可以明顯提高器

4、件的fT和fmax。Γ柵和τ柵器件的場板長度對轉移特性和輸出特性沒有明顯影響。對τ柵和Γ柵器件，器件的fT均隨著場板長度的增大而下降，場板長度相同時Γ柵器件的fT要低于τ柵器件的fT。對τ柵器件，隨著場板長度的增大，器件的fmax隨之不斷增大，而對Γ柵器件，隨著場板長度增大，器件的fmax先隨之增大然后減小。
　　漸變Al組分AlGaN背勢壘對器件的緩沖層泄漏電流有更好的抑制作用。隨著漸變Al組分AlGaN背勢壘最大Al組分的增大