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蓝宝石可削减高速HEMT的漏电流
2011-10-12
位于加利福尼亚马里布的HRL Laboratories的研究人员制造出了40 nm栅极长度GaN HEMT器件，它结合了数百GHz的运行速度与令人难以置信的低栅极漏电流。
众所周知的是，削减栅极长度的尺寸是生产运行在非常高速度的GaN晶体管的关键，这类器件可用于纳米波成像等应用。然而，栅极尺寸的减小往往会带来漏电流的增加。
为了解决栅极漏电流较高的问题，工程师可以在器件中插入一种电介质栅极材料，通常是SiN。但SiN的电介质常数只有6-8，不能满足40 nm栅极长度的深比例HEMT。在尺寸方面，这个西海岸的团队展示了一种更好的方法，使用电介质常数为8-10的2 nm厚的蓝宝石层。
这些工程师在3英寸SiC衬底上制作了含有蓝宝石层的晶体管，性能可与传统HEMT器件相媲美（见两个器件的设计图）。方法是采用MBE沉积器件层，原子层沉积用来增加Al2O3薄膜。这些HEMT内置了AlGaN缓冲区，为电子提供了一个背势垒（back barrier），并提供了两方面的好处——增强了载流子限制，同时减少了短沟道效应。
新型HEMT的正向偏置栅电流超过传统等效器件两个数量级。此外，虽然蓝宝石层降低了某些范围的HEMT性能，但对以下方面影响最�。耗诓靠绲即�622 mS/mm下降至552 mS/mm；2V栅源电压的峰值漏极电流从0.9 A/mm下降至0.86A/mm；截止频率值和最大振荡频率分别从138 GHz和286 GHz下降至134 GHz和261 GHz。
研究人员声称，根据研究结果，超薄Al2O3栅极介质对高度可扩展的GaN HEMT器件很有前途。（A. Corrion等。出版于IEEE Electron Dev。Lett）
众所周知的是，削减栅极长度的尺寸是生产运行在非常高速度的GaN晶体管的关键，这类器件可用于纳米波成像等应用。然而，栅极尺寸的减小往往会带来漏电流的增加。
为了解决栅极漏电流较高的问题，工程师可以在器件中插入一种电介质栅极材料，通常是SiN。但SiN的电介质常数只有6-8，不能满足40 nm栅极长度的深比例HEMT。在尺寸方面，这个西海岸的团队展示了一种更好的方法，使用电介质常数为8-10的2 nm厚的蓝宝石层。
这些工程师在3英寸SiC衬底上制作了含有蓝宝石层的晶体管，性能可与传统HEMT器件相媲美（见两个器件的设计图）。方法是采用MBE沉积器件层，原子层沉积用来增加Al2O3薄膜。这些HEMT内置了AlGaN缓冲区，为电子提供了一个背势垒（back barrier），并提供了两方面的好处——增强了载流子限制，同时减少了短沟道效应。
新型HEMT的正向偏置栅电流超过传统等效器件两个数量级。此外，虽然蓝宝石层降低了某些范围的HEMT性能，但对以下方面影响最�。耗诓靠绲即�622 mS/mm下降至552 mS/mm；2V栅源电压的峰值漏极电流从0.9 A/mm下降至0.86A/mm；截止频率值和最大振荡频率分别从138 GHz和286 GHz下降至134 GHz和261 GHz。
研究人员声称，根据研究结果，超薄Al2O3栅极介质对高度可扩展的GaN HEMT器件很有前途。（A. Corrion等。出版于IEEE Electron Dev。Lett）
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