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渐变AlGaN沟道HEMT的线性功率

稿件来源:今日半导体 责任编辑:ICAC 发布时间:2021-05-25

   美国HRL实验室和圣母大学(University of Notre Dame)声称,在30GHz时,镓极性氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)的截止频率(fT)功率密度乘积为858GHzW / mm。该记录是使用渐变氮化铝镓(AlGaN)外延材料结构和栅极长度为60nm的微型场板(FP)T栅极来实现的。

  这种设备可以用于毫米级波长电磁无线电传输,即“毫米波”(mmWs),与拟议的5G和6G无线通信。碳化硅(SiC)上的外延材料结构具有沟道结构,该沟道结构由GaN上方的渐变AlGaN层组成,该阻挡层具有25%的Al含量。该结构在通道中检测出1423cm2 / V-s的电子迁移率和9.5x1012/cm2的载流子密度。

  为了降低接触电阻,制造的晶体管还具有再生的n+-GaN源漏接触。源极-漏极距离为1.1μm。mini-FP T栅极在漏极侧具有50nm的悬垂,旨在减少降低高频性能的栅-漏寄生电容效应。仿真表明,渐变的沟道结构将使栅漏间隙中的峰值电场降低22%。根据计算,采用微型FP可以进一步减少6%。

  GaN HEMT的一个持续存在的问题是脉冲和高频操作下的电流崩塌。研究发现在HRL/Notre Dame器件中的影响约为6%,而对T栅极AlGaN HEMT的影响超过22%。在0.1GHz和67GHz之间的小信号频率性能评估中,分别得到了156GHz和308GHz的非固有截止(fT)和最大振荡(fMAX)频率。等效电路分析表明,影响fT的主要因素是栅极至源极电容相关的栅极传输延迟。

  在具有30GHz的中心杆(2x37.5μm)的两个37.5μm闸翼设备上,进行连续波无源标量负载牵引功率测试,显示随着漏偏压在10V和20V之间增加,线性功率输出功率密度在2.5W/mm和5.5W/mm之间。输出功率的线性度是许多无线通信标准的关键要求。

  相关的功率附加效率(PAE)分别为70%和48%。在这些测量中,使用了固定的负载阻抗,并且没有因为漏极偏置的增加而优化。研究人员还发现,其晶体管的功率密度是先前报道的fT~150GHz GaN器件的两倍以上。 

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