《高频晶体管频率超过700GHz》

  • 来源专题:集成电路
  • 编译者: Lightfeng
  • 发布时间:2019-06-01
  • 韩国和日本的研究人员声称高电子迁移率晶体管(HEMTs)的截止频率创下新纪录,其中铟镓砷(InAlAs)量子阱中的铟镓砷(InGaAs)量子阱构成了通道。韩国Kyungpook国立大学和蔚山大学以及日本NTT设备技术实验室的团队说:“据我们所知,这是在任何材料系统的晶体管上第一次演示超过700GHz的FT和FMAX。并且这些设备可能会对‘太赫兹’(300-3000千兆赫)射频(RF)电磁(EM)领域产生影响,因为该领域的波长在亚毫米范围内,可通过将栅极长度减小到25nm,来提高频率性能。”

    金属有机化学气相沉积(MOCVD)外延异质结构在3英寸半绝缘磷化铟(InP)衬底上生长。层序列为200nm In0.52Al0.48As缓冲层,9nm InGaAs量子阱沟道,9nm In0.52Al0.48As势垒/间隔层,3nm InP蚀刻停止层和30nm重掺杂In0.52Al0.48As / In0.53Ga0.47As多层层帽。将外延材料制成具有凹陷栅极的HEMT。栅极-沟道距离为5nm,源极-漏极间距为0.8μm实现了长达25nm的栅极长度。

    25nm栅极器件的DC导通电阻为279Ω-μm,而接触电阻为40Ω-μm。峰值跨导为2.8mS /μm,漏极偏压(VDS)为0.8V。亚阈值摆幅为100mV / decade,漏极诱导势垒降低(DIBL)为120mV / V.对于宽度为2x20μm的25nm栅极HEMT,在1-50GHz范围内的测量分别给出了703GHz截止频率(fT)和820GHz的最大振荡频率(fmax)。

    由于频率方面的“尖峰行为”,fmax可能会存在问题,但是 820GHz fmax值是通过小信号模型导出的,对fmax提供了合理的估计,因为当测量频率超过10GHz时,冲击电离的影响会减小。

    该团队指出,使用相同的偏置条件可以获得700GHz以上的fT和fmax值,这与其他高速晶体管报告不同。

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    • 美国特拉华大学宣布记录了基于硅衬底的InAlN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)的射频(RF)性能。据研究人员称,该器件还展示了其直流(DC)特性,例如低栅极泄漏、高导通/截止电流比和亚阈值摆幅。 在(111)上进行MOCVD,得到外延结构具有2μm的未掺杂GaN缓冲层、4nm的背势垒、15nm的GaN沟道、1nm的AlN中间层、8nm的晶格结构匹配的In0.17Al0.83N势垒和一个2nm的GaN帽盖。霍尔测量得出的二维电子气(2DEG)通道中的薄层电子浓度和电子迁移率值分别为2.28x1013cm2/V·s和1205cm2/V·s。氧等离子体处理将开/关电流比(Ion / Ioff)提高了大约两倍,达到1.58x106。另一个好处是将亚阈值摆幅(SS)从76mV /十倍降低到65mV /十倍。 在硅上使用20nm氮化铝镓(AlGaN)势垒HEMT可以获得更高的Ig和Ioff值,两者均为10-12A / mm。所得的Ion / Ioff为2.5x1011。较薄的InAlN的势垒的好处之一是可以更好地静电控制通道中的电流,从而减少短通道效应(SCE)。InGaN背势垒减少了电流泄漏到缓冲层中的损失,并改善了载流子对GaN沟道区域的限制。 该团队InAlN-HEMT的最大漏极电流为1.26A / mm,这也得到了类似的硅制器件的改进,该器件具有非常小的300nm源极-漏极间隙(2.66A / mm)。团队的HEMT的2μm较大的间隙自然会增加导通电阻。 RF测量在1-65GHz范围内进行,考虑到寄生因素,使用-20dB /十倍频外推法将当前增益截止(fT)提取为200GHz。漏极偏置为10V,栅极电势设置为-3V。最大振荡/功率增益(fmax)为33GHz,这归因于矩形门高电阻的损耗。 截止栅极长度乘积(fTxLg)为16GHz-μm。研究人员将其与162GHz fT和110nm Lg在SiC –17.8GHz-μm上获得的最佳结果进行了比较。fTxLg在所有报道的硅基GaN HEMT上达到最高值,并在Lg nm 100nm的SiC / Si GaN HEMT中创下新纪录。
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    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:Lightfeng
    • 发布时间:2020-01-26
    • 德国的弗劳恩霍夫应用固体物理研究所(IAF)开发了一种金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOS-HEMT),以取代常规砷化铟镓(InGaAs)通道的肖特基势垒具有隔离氧化层的HEMT,并且达到了640GHz的创纪录截止频率,使这更小、更强大的设备成为可能。这款晶体管结合两种晶体管技术的优势,可以阻挡层可克服漏电流,以及首款具有MOSHEMT的集成电路。 研究人员表示通过用隔离氧化物层代替HEMT的肖特基势垒,将III-V半导体和硅MOSFET的优点结合在一起,便产生了一种有可能远远超过当前HEMT效率的器件。在Fraunhofer IAF的高频电子设备领域,MOSHEMT使我们可以进一步缩小设备尺寸,从而达到更快,更高效的目的。凭借MOSHEMT技术,Leuther及其团队成功实现了创纪录的640GHz最大振荡频率。 为了克服栅极漏电流,研究人员用由氧化铝(Al2O3)和氧化ha(HfO2)组成的隔离层组合代替了半导体势垒材料。这使栅极漏电流减少1000倍以上。第一批MOSHEMT具有很高的发展潜力,而当前的场效应晶体管技术已经达到了极限。 极快的MOSHEMT专为100GHz以上的频率范围而设计,因此特别适用于新型通信,雷达和传感器应用。Fraunhofer IAF表示,MOSHEMT已经成功实现了它声称的第一个基于InGaAs MOSHEMT的单片微波集成电路(MMIC)放大器,其频率范围为200 -300GHz。