美國HRL實驗室和圣母大學(xué)(University of Notre Dame)聲稱,在30GHz時,鎵極性氮化鎵高電子遷移率晶體管(HEMT)的截止頻率(fT)功率密度乘積為858GHzW / mm。該記錄是使用漸變氮化鋁鎵(AlGaN)外延材料結(jié)構(gòu)和柵極長度為60nm的微型場板(FP)T柵極來實現(xiàn)的。
這種設(shè)備可以用于毫米級波長電磁無線電傳輸,即“毫米波”(mmWs),與擬議的5G和6G無線通信。碳化硅(SiC)上的外延材料結(jié)構(gòu)具有溝道結(jié)構(gòu),該溝道結(jié)構(gòu)由GaN上方的漸變AlGaN層組成,該阻擋層具有25%的Al含量。該結(jié)構(gòu)在通道中檢測出1423cm2 / V-s的電子遷移率和9.5x1012/cm2的載流子密度。
為了降低接觸電阻,制造的晶體管還具有再生的n+-GaN源漏接觸。源極-漏極距離為1.1μm。mini-FP T柵極在漏極側(cè)具有50nm的懸垂,旨在減少降低高頻性能的柵-漏寄生電容效應(yīng)。仿真表明,漸變的溝道結(jié)構(gòu)將使柵漏間隙中的峰值電場降低22%。根據(jù)計算,采用微型FP可以進一步減少6%。
GaN HEMT的一個持續(xù)存在的問題是脈沖和高頻操作下的電流崩塌。研究發(fā)現(xiàn)在HRL/Notre Dame器件中的影響約為6%,而對T柵極AlGaN HEMT的影響超過22%。在0.1GHz和67GHz之間的小信號頻率性能評估中,分別得到了156GHz和308GHz的非固有截止(fT)和最大振蕩(fMAX)頻率。等效電路分析表明,影響fT的主要因素是柵極至源極電容相關(guān)的柵極傳輸延遲。
在具有30GHz的中心桿(2x37.5μm)的兩個37.5μm閘翼設(shè)備上,進行連續(xù)波無源標(biāo)量負(fù)載牽引功率測試,顯示隨著漏偏壓在10V和20V之間增加,線性功率輸出功率密度在2.5W/mm和5.5W/mm之間。輸出功率的線性度是許多無線通信標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)鍵要求。
相關(guān)的功率附加效率(PAE)分別為70%和48%。在這些測量中,使用了固定的負(fù)載阻抗,并且沒有因為漏極偏置的增加而優(yōu)化。研究人員還發(fā)現(xiàn),其晶體管的功率密度是先前報道的fT~150GHz GaN器件的兩倍以上。
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