在Si基底上采用LPCVD-SiN钝化技术和n+-InGaN欧姆接触制备的高性能SiN/AlGaN/GaN MIS-HEMTs

《Science China-Information Sciences》：High-performance SiN/AlGaN/GaN MIS-HEMTs on Si substrate with LPCVD-SiN passivation and n+-InGaN ohmic contacts

提出基于SiN/AlGaN/GaN MIS-HEMT的低电压射频器件，实现0.6Ω·mm导通电阻、52V击穿电压、5×10^7开关比，在6-9V下PAE超70%，输出功率达1.73W/mm，频率特性达43/120GHz。

　　

摘要

在这项研究中，我们展示了基于Si衬底的高性能SiN/AlGaN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMTs），适用于低压应用。得益于n⁺-InGaN再生的欧姆接触，这些器件的导通电阻低至0.6 Ω·mm，拐点电压为1.2 V。采用低压化学气相沉积技术制备的SiN作为钝化层，以承受在等离子体增强原子层沉积过程中SiN栅极介质沉积时产生的高温。源极-漏极间距为0.9 μm的器件表现出低漏电流、高达5 × 10⁷的开关电流比、52 V的击穿电压，以及30 V漏极静态条件下3.5%的电流衰减率。由于使用了7纳米厚的AlGaN势垒，栅极长度为250 nm的器件具有渐进式的频率特性，峰值跨导为597 mS/mm，截止频率/最大振荡频率（f_T/f_max）为43/120 GHz。在6 V和9 V的低电压下，S波段连续波大信号测量的功率附加效率（PAE）超过70%。这些器件在V_ds = 9 V时的最大输出功率为1.73 W/mm，功率增益为19.1 dB。这些优异的性能展现了SiN/AlGaN/GaN MIS-HEMTs在低压射频应用中的巨大潜力。