第三代半導(dǎo)體氮化鎵微波器件具備高頻、高效、大功率等特點,在新一代移動通信中應(yīng)用潛力巨大。這一特定領(lǐng)域的突破標(biāo)志著寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)邁向新的高地。誰掌握著技術(shù)的高地,誰就擁有更多的話語權(quán)。
中科院半導(dǎo)體研究所所長助理、研究員張韻在第三代半導(dǎo)體微波射頻技術(shù)分會分享了《III族氮化物基射頻HEMT、HBT與濾波器》研究報告。他介紹說,III族氮化物材料具有禁帶寬度大、擊穿電場強、二維電子氣遷移率高、高聲速等優(yōu)點,是研制高性能高電子遷移率晶體管(HEMT)、異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)和高頻濾波器等射頻器件的理想材料。
氮化鎵太赫茲HEMT研究中,短溝道效應(yīng)導(dǎo)致的跨導(dǎo)降低,將直接影響器件頻率特性。盡管高鋁組分與超薄勢壘外延結(jié)構(gòu)可以緩解短溝道效應(yīng)帶來的問題,但同時也引起了歐姆接觸難以制備的問題。選區(qū)再生長n+GaN源漏電極,可以為HEMT器件提供一個良好的歐姆接觸特性。本文通過MOCVD再生長,實現(xiàn)了界面電阻僅0.004Ω·mm的選區(qū)再生長歐姆電極,并實現(xiàn)了154GHz最大振蕩頻率與64GHz截止頻率。
張韻研究員表示,MOCVD選區(qū)外延n-AlGaN發(fā)射區(qū)并成功制備出AlGaN/GaN HBT器件。發(fā)射區(qū)面積為20×20μm2的器件Gummel plot測試顯示直流電流增益為100,在國際上報道的選區(qū)外延GaN基HBT中處于領(lǐng)先水平。器件開啟電壓小于1V,膝點電壓小于6.5 V,電流密度達(dá)到8 kA/cm2,擊穿電壓為97V@1μA,對應(yīng)擊穿場強約1.9 MV/cm。另外,我們發(fā)現(xiàn),隨著器件面積的減小,電流增益持續(xù)增加,這有利于獲得高性能的射頻HBT器件,實現(xiàn)在下一代通信中的應(yīng)用。并在報告中詳細(xì)介紹了射頻器件性能。
他認(rèn)為,受限于鈮酸鋰聲速較低(3400-4000 m/s),商用鈮酸鋰基聲表面波(SAW)濾波器工作頻率通常低于3 GHz,難以滿足通訊系統(tǒng)頻率不斷提升的需求,因此基于高聲速AlN薄膜(5600-6000 m/s)的高頻SAW濾波器成為研究熱點。分別在鈮酸鋰襯底和AlN/藍(lán)寶石襯底上制備出叉指寬度為2 μm的SAW濾波器,鈮酸鋰SAW濾波器的中心頻率為426.7 MHz,而AlN基SAW 濾波器的中心頻率高達(dá)703.3 MHz,為鈮酸鋰器件的1.65倍。制備的AlN基SAW諧振器的品質(zhì)因數(shù)為1347,AlN基SAW 濾波器的插入損耗為8.71 dB。實驗結(jié)果表明AlN材料在超高頻濾波器、傳感器方面具有重要的應(yīng)用前景。
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原文標(biāo)題:中科院半導(dǎo)體所張韻研究員:III族氮化物基射頻HEMT、HBT與濾波器
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