В миллиметровых диапазонах (W-диапазон: 75–110 ГГц; E-диапазон: 60–90 ГГц), частотные показатели заслуг (ft и fmₐₓ) HEMT на базе GaN критически зависят от соотношения сторон между длиной затвора (Lg) и расстоянием между гейт-канал (dge). Поскольку Lg масштабируется до субмикронных и даже стонаметровых размеров, подавление короткоканалных эффектов требует одновременного снижения dge, что требует структуры ультратонкого барьера.
Обычные гетеропереходы AlGaN/GaN сталкиваются с внутренними физическими ограничениями в этом сценарии: когда толщина барьера падает ниже 10 нм, плотность двумерного электронного газа (2DEG), индуцированная металло-пьезоэлектрической поляризацией, экспоненциально снижается, что приводит к серьёзному ухудшению проводимости канала. В отличие от этого, тройные сплавы InAlN с составом In примерно 17%–18% имеют решётчатую согласованность с GaN, и их спонтанные и пьезоэлектрические поляризации значительно сильнее, чем у AlGaN той же толщины. Это уникальное свойство позволяет гетеропереходам InAlN/GaN HEMT поддерживать высокую плотность 2° (>10¹³см⁻²) даже при ультратонком барьере 5–6 нм, обеспечивая идеальную материальную платформу для преодоления узкого места в масштабировании для миллиметровых волн.
Power Wafertech Group разработала гетеро-джанкционную эпитаксиальную пластину InAlN/GaN на подложках кремния (Si), сапфира и карбида кремния (SiC) с использованием технологии металлоорганического химического парового осаждения (MOCVD). Мы поддерживаем индивидуальные конструкции — от решёточных составов до формулировок с высоким содержанием, адаптированных для различных сценариев применения частоты и мощности. Возьмём сапфировую эпитаксиальную структуру InAlN/GaN HEMT в качестве конкретного примера:
1. Сапфировые эпитаксиальные спецификации HEMT InAlN/GaN
| Эпи-слой | Материал | Толщина |
|---|---|---|
| Кап-слой | GaN | * |
| Барьерный слой | InAlN | * |
| Интерфейсный уровень | AlN | 1,1 нм |
| Канал | GaN | * |
| Буфер | * | * |
| Субстрат | Сапфир | – |
По сравнению с барьером AlGaN той же толщины, пластина InAlN/GaN демонстрирует превосходное увеличение плотности заряда канала при том же расстоянии управления затвором, что напрямую приводит к улучшению транскондуктивности и потенциала частоты среза.
2. Подавление фазового разделения и инженерия деформации в эпитаксии InAlN
Рост MOCVD InAlN сталкивается с термодинамическими ограничениями зазоров смешанности, с внутренней тенденцией к фазовому разделению в богатых областях (xIn> 0,5). Чтобы избежать осадков вторичной фазы и обеспечить структурную целостность барьерного слоя, мы интегрировали следующие основные меры в нашу схему процесса:
(1) Связанное управление температурой роста и потоками источников: Точно устанавливая окно температуры роста (~706°C) и молярное соотношение TMIn/TMAl, состав In фиксируется в диапазоне, согласованном по решётке, термодинамически избегая нестабильной области смешанного разрыва. Пики дифракции вторичной фазы не наблюдаются в кривых качания XRD (0002), что подтверждает однофазную эпитаксию.
(2) Инженерия ориентации подложки: Мы проверили влияние как по оси, так и 4° вне оси сапфировых подложок. Подложки по оси благоприятны для снижения общей плотности дислокаций резьбы, тогда как внеосевые подложки могут подавлять образование бугорков на N-полярных поверхностях.
(3) Интеграция пассивационного слоя Si₃N₄ на месте: Опциональный диэлектрический слой Si₃N₄ толщиной около 5 нм может быть интегрирован. Этот тонкий слой может служить либо диэлектриком затвора MIS, либо пассивационным слоем поверхности, эффективно фиксируя состояния поверхности и снижая потери на РЧ. Из-за своей очень тонкой толщины этот диэлектрический слой можно удалить селективным сухим травлением или напрямую проникнуть для формирования омических контактов, что делает его совместимым с различными методами изготовления заказчиков.
3. Проверка производительности InAlN/GaN HEMT на уровне устройства
Сахарова и др. (2018) изготовили устройства HEMT (Lg = 0,5 мкм, Wg = 200 мкм, расстояние между источником и дренажем = 4 мкм) на основе сапфировых эпиваферов InAlN/AlN/GaN. Результаты импульсных I-V (ширина импульса 250 нс) и DC тестов следующие:
Максимальный насыщенный ток слива (Id,max): ≥1,27 А/мм
Максимальная транскондуктивность (gm,max): ≥450 м/мм
Однородность порогового напряжения: внутри пластин стандартное отклонение Vth
Малосигнальные радиочастотные тесты (Vds = 15–20В, Id = 0,1 А/мм) показывают, что по сравнению с эталонными образцами AlGaN той же структуры fmax образцов InAlN/GaN значительно увеличивается с введением состава In. Это преимущество в производительности объясняется улучшенным соотношением сторон затвора и более сильным ограничением канала под ультратонким барьером. Кроме того, версия MIS-HEMT с in-situ диэлектриком затвора Si₃N₄ обеспечивает дополнительное положительное смещение порогового напряжения на 3–4 В, что обеспечивает гибкость для проектирования устройств в режиме усиления.
Наша компания предлагает возможности эпитаксиальных поставок — от небольших партий в масштабе R&D до производственных инженерных партий, с гибкими параметрами в зависимости от целевого частотного диапазона и уровня мощности устройств клиента. Для индивидуальных эпитаксиальных решений, пожалуйста, свяжитесь с нашей технической командой продаж.
Ссылки:
1. Хазенёрл, С., Блахо, М., Доброчка, Э., Гукманн, Ф., Кучера, М., Надажды, П., ... и Кузьмик, Й. (2023). Рост N-полярного богатого InAlN за счёт отложения металлических органических химических паров на сапфире на осях и вне её. Материаловедение в области обработки полупроводников, 156, 107290.
2. Сахаров, А. В., Лундин, В. В., Заварин, Е. Е., Закхем, Д. А., Усов, С. О., Цацульников, А. Ф., ... и Великовский, Л. Е. (2018). Ультратонкие барьерные гетероструктуры InAlN/GaN для HEMT. Полупроводники, 52(14), 1843-1845.
Обсудите требования к субстрату с нашей командой
Power Wafertech предоставляет высококачественные полупроводниковые пластины и эпитаксиальные решения, адаптированные к спецификациям вашего устройства. Свяжитесь с ними, чтобы узнать варианты субстрата и эпиваферов для вашего следующего проекта.
Свяжитесь с нашей командой