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GaN基毫米波异质结构器件研究.pdf

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文档介绍:摘要

摘要

GaN 基毫米波器件技术已成为目前最具前景的毫米波大功率器件和功率放
大器的理想制造技术。AlGaN/GaN HEMT 具有出色的微波功率特性,它在军用和
民用领域具有广阔的应用前景。通过缩小栅长提高器件高频率工作时的功率和增
益最为有效,如何克服小栅长 HEMT 器件出现的短沟道效应,成为研发毫米波器
件的关键因素。
本文首先对 AlGaN/GaN 异质结薄势垒层结构进行了研究。通过分析 AlN 势
垒插入层的优势,本文在不提高势垒层 Al 组分的前提下,通过适当增加 AlN 势
垒插入层的厚度,有效减缓了 2DEG 密度随势垒层厚度的下降,利用 MOCVD 实
现了高 2DEG 薄势垒层结构的生长。利用这种薄势垒层结构制造的器件最大跨导
可达 340mS/mm,阈值电压只有-1V。同时该器件较好地克服了小栅长时的短沟道

效应,其 fT 为 31GHz、fMAX 为 70GHz。同时本文分析了薄势垒层器件出现的高漏
压下电流退化的现象,经过分析,本文认为自热效应是导致薄势垒层结构器件性
能退化的主要原因之一。
凹槽栅结构可以在势垒层较厚的前提下提高栅控制能力,是提高器件频率的
有效途径。本文研究了刻蚀对 AlGaN/GaN 异质结材料的损伤机理,对槽栅器件
的最大电流、阈值电压以及跨导随刻蚀时间的变化规律进行了研究,通过分析对
比,确定出制作凹槽栅器件的最佳刻蚀时间(深度)。本文利用 ICP 干法刻蚀技
术,制造的凹槽栅器件最大跨导为 350mS/mm,最大电流密度可达 1200mA/mm,

fT 和 fMAX 分别达到了 60GHz 和 105GHz。

关键词: AlGaN/GaN HEMT 毫米波 薄势垒 凹槽栅
Abstract

Abstract

GaN-based millimeter-wave device technology has become the most promising
technology in millimeter-wave high-power devices and power amplifier. Because of its
excellent microwave power characteristics the GaN device has broad application
prospects in the military, commercial and consumer areas. To reduce HEMT’s gate
length is the most effective way to improve devices’ power and gain at high frequency.
So how to overcome short-channel effect is a key factor in development of
millimeter-wave devices.
This paper firstly researched the structure of thin barrier layer of AlGaN/GaN
heterostructure. According to our research an appropriate increase of the AlN barrier
insertion layer thickness is very helpful to inhibit the reduction of 2DEG. In this way,
we achieved a thin barrier layer structure with a high 2DEG density without raising Al
composition of the barrier layer. With the advantage of t

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GaN基毫米波异质结构器件研究.pdf

上传人:zhufutaobao 2021/12/5 文件大小:1.93 MB

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