分析方法及化合物半导体器件.pptx

TRACE ANALYSIS: SOLUTION BASED VS DIRECT SOLID SAMPLING ;（辉光放电质谱法）;InP基高电子迁移率晶体管;主要内容;凭借优良的频率特性，III-V族化合物半导体器件和相关高频、高速电路正日益成为毫米波系统核心部件。在众多的III-V族化合物半导体器件中，InP基高电子迁移率晶体管(HEMT)具有电子迁移率高、噪声低、功耗低及增益高等特点，在高速、高频等应用领域占据了重要的地位。虽然目前InP HEMT还受到材料昂贵且易碎等方面的制约，但是凭借优异的高频特性和低噪声性能，被公认为是实现超高速低噪声、功率放大电路的最佳选择,拥有非常广阔的应用前景。因此，无论是满足军事国防需求还是提高我国在未来信息市场的竞争力，独立研发高频InP HEMT器件是非常必要的。; 国外 4 英寸 InP 基器件工艺线已成熟并达到制造商业产品的水准,而我国 InP基材料、器件和电路研究起步较晚, 无论是器件还是电路性能和国外先进水平相比都存在很大的差距。InP 毫米波技术的缺失,直接制约着我国武器装备的发展。;InP 基 HEMT 的优势; InP基InGaAs、InAlAs HEMT与传统的GaAs基AlGaAs、GaAs HEMT材料相比，具有更高的电子迁移率和电子饱和速度以及更大的二维电子气(2DEG)面密度，成为目前超高速器件的优先选择。;GaAs、GaN和InP为主要的III-V族化合物半导体材料。一般认为40~50GHz范围内，GaAs器件及其电路因技术成熟、成本等方面的原因,占主要位置。而75GHz 以上，InP由于其独特的性能成为人们的首选。首先，InP材料沟道电子迁移率高，工作频率更高，噪声性能更好。其次，相对于GaAs器件的AlGaAs/InGaAs界面，InP器件中的InAlAs/InGaAs界面存在更大的导带不连续性，二维电子气密度大，导电沟道的薄层电子浓度高，大大改善了器件的电流处理能力。相同工艺水平下，跨导更大，器件功率增益更大。再者，InP材料的热导率比GaAs高40%，在相同功耗工作时，温度更低，可有较大的输出功率。相对于InP材料，成本和频率特性的限制成为GaN材料的软肋。因此在毫米波频段功率应用中，InP基HEMT占有特殊的地位。;InP基In0.53GaAs/In0.52AlAs高电子迁移率晶体管;器件性能;样品制备; 在材料生长之前，需要在500℃，As气压为1.33×105Pa时去除InP衬底表面的氧化层。然后生长350nm In0.52AlAs缓冲层，接着是厚度为10-35nm的In0.53GaAs沟道层也就是量子阱层，对于不同的样品量子阱层的厚度也各不相同。经4nm的In0.52AlAs隔离层后，进行Si的n型δ掺杂，其掺杂浓度为5×1012 cm-2。最后生长In0.52AlAs势垒层和In0.53GaAs帽层。其中In0.52AlAs和In0.53GaAs的生长速度分别为0.350和0.273nm s。在生长过程中，InP衬底以10r min的速度水平旋转。整个生长过程由反射高能电子衍射(RHEED)监控，以保证良好的二维生长;沟道层是InxGa1-xAs，沟道层下面是n-AlGaAs的缓冲层,再下面是InP基板。上面是极薄的InAlAs隔离层，再上面是电子供给层n-InAlAs，其上是n-InGaAs，然后是源、漏、栅电极。 一般沟道InGaAs的组份是In0.53Ga0.47As。当X0.53时，一般取0.7，即In0.7Ga0.3As时的结构，叫高In HEMT，也叫膺结构HEMT,室温下,它的电子迁移率是普通HEMT的1.5倍以上。所以在实际应用中，都是以高In HEMT(又称为P-HEMT)结构来进行超高速器件的设计和生产。; 阱宽的改变虽没有对总的载流子浓度带来显著影响，但是随着阱宽的增加电子逐渐占据迁移率高的激发态能级。当宽度为20 nm时，处在第一激发态上的电子数与处在基态上的电子数之比达到最大值(0.24)，此时材料的迁移率最大。说明这一量子阱宽度是制作InP基In0.53GaAs In0.52AlAs HEMT器件的最佳选择。;谢谢大家！