圍繞第三代半導體，今年跨國技術轉移大會專門設置了多場分會，其中，11月16日下午舉行的“第三代半導體與新一代移動通信技術”分會，圍繞著第三代半導體與新一代移動通信技術展開多維度的探討，涉及高性能GaN開關電源，GaN、SiC材料外延及電子器件等眾多熱點。會上，來自河北半導體研究所的高級工程師呂元杰分享了“采用凹柵工藝提升AlGaN/GaN HFETs器件性能”演講報告。

河北半導體研究所的高級工程師 呂元杰
 

　　呂元杰，高級工程師，2007年獲山東大學學士學位，2012年獲山東大學博士學位。現工作于河北半導體研究所專用集成電路國家級重點實驗室。目前研究領域為III-V異質結材料和器件，主要包括：大功率高頻GaN基異質結場效應晶體管（HFETs）、GaN基單片微波集成電路、GaN基壓力傳感器、器件物理模型以及器件載流子輸運機理等。發表SCI/EI收錄學術論文60余篇，其中以第一作者身份發表學術論文20余篇，多篇論文發表在國際著名期刊Applied Physics letters和Journal of Applied Physics上。2014年被國際無線電聯盟大會授予“青年科學家”榮譽稱號。近期的主要研究成果如下：

 

　　1）研制國內首支W波段AlGaN/GaN MMIC，86.5 GHz下輸出功率達到257 mW；2）研究發現極化梯度庫侖場散射對超薄勢壘層的AlN/GaN HFETs器件中的載流子遷移率有更大的影響；3）研制了高頻AlGaN/GaN HFETs器件，fT和fmax分別為149和263 GHz，fT*fmax值為AlGaN/GaN HFETs器件的國際報道最高值；4）研制了高頻InAlN/GaN HFETs器件, fT達到282 GHz，為國內最高報道。

 

　　呂元杰介紹說，歸因于大的擊穿場強和高的電子飽和漂移速度，AlGaN/GaN異質結場效應晶體管（HFETs）可在高壓和大功率領域應用。目前AlGaN/GaN HFETs器件已廣泛應用于固態功率放大器，涵蓋L (1-2 GHz) 至W (75-110 GHz)波段。然而，國際已報道的器件中電流增益截止頻率(fT)大于110 GHz時，最大振蕩頻率(fmax)都小于230GHz，這大大限制了在D波段(110-170GHz)的功放應用。

 

　　呂元杰表示，結合凹柵工藝和再生長歐姆接觸工藝，大幅提升了AlGaN/GaN HFETs器件性能。采用再生長歐姆接觸工藝，器件源漏間距(Lsd)縮小至600 nm。器件開態電阻(Ron)為0.81 ?·mm。在蒸發60nm柵金屬之前采用低功率等離子體刻蝕工藝實現低損傷凹柵工藝。

 

　　采用凹柵工藝后器件的短溝道效應被很好的抑制。峰值跨導(gm)從607 mS/mm提升至 764 mS/mm。此外，采用射頻小信號測試得到未刻蝕器件的fT和fmax分別為152 GHz and 192 GHz，而采用凹柵工藝的器件fT仍然保持149 GHz，fmax提升至263GHz，同時展示出最高的fT*fmax值。這表明通過進一步優化材料和器件工藝，AlGaN/GaN HFETs器件有望實現在D波段的功放應用。