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物理学报 2018年第17期67卷 321-328页

作者：周幸叶吕元杰谭鑫王元刚宋旭波何泽召张志荣刘庆彬韩婷婷房玉龙冯志红河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室石家庄050051

陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备... 详细信息

陷阱效应导致的电流崩塌是制约GaN基微波功率电子器件性能提高的一个重要因素,研究深能级陷阱行为对材料生长和器件开发具有非常重要的意义.随着器件频率的提升,器件尺寸不断缩小,对小尺寸器件中深能级陷阱的表征变得越发困难.本文制备了超短栅长(Lg=80 nm)的AlGaN/GaN金属氧化物半导体高电子迁移率晶体管(MOSHEMT),并基于脉冲I-V测试和二维数值瞬态仿真对器件的动态特性进行了深入研究,分析了深能级陷阱对AlGaN/GaN MOSHEMT器件动态特性的影响以及相关陷阱效应的内在物理机制.结果表明,AlGaN/GaN MOSHEMT器件的电流崩塌随着栅极静态偏置电压的增加呈非单调变化趋势,这是由栅漏电注入和热电子注入两种陷阱机制共同作用的结果.根据研究结果推断,可通过改善栅介质的质量以减小栅漏电或提高外延材料质量以减少缺陷密度等措施达到抑制陷阱效应的目的,从而进一步抑制电流崩塌.

关键词：氮化镓高电子迁移率晶体管动态特性陷阱效应

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表面预处理对石墨烯上范德瓦耳斯外延生长GaN材料的影响

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物理学报 2017年第24期66卷 230-235页

作者：王波房玉龙尹甲运刘庆彬张志荣郭艳敏李佳芦伟立冯志红河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室石家庄050051

基于范德瓦耳斯外延生长的氮化镓/石墨烯材料异质生长界面仅靠较弱的范德瓦耳斯力束缚,具有低位错、易剥离等优势,近年来引起了人们的广泛关注.采用NH_3/H_2混合气体对石墨烯表面进行预处理,研究了不同NH_3/H_2比对石墨烯表面形貌、拉... 详细信息

基于范德瓦耳斯外延生长的氮化镓/石墨烯材料异质生长界面仅靠较弱的范德瓦耳斯力束缚,具有低位错、易剥离等优势,近年来引起了人们的广泛关注.采用NH_3/H_2混合气体对石墨烯表面进行预处理,研究了不同NH_3/H_2比对石墨烯表面形貌、拉曼散射的影响,探讨了石墨烯在NH_3和H_2混合气氛下的表面预处理机制,最后在石墨烯上外延生长了1.6μm厚的GaN薄膜材料.实验结果表明:石墨烯中褶皱处的C原子更容易与气体发生刻蚀反应,刻蚀方向沿着褶皱进行;适当NH_3/H_2比的混合气体对石墨烯进行表面预处理可有效改善石墨烯上GaN材料的晶体质量.本研究提供了一种可有效提高GaN晶体质量的石墨烯表面预处理方法,可为进一步研究二维材料上高质量的GaN外延生长提供参考.

关键词：石墨烯氮化镓范德瓦耳斯外延表面预处理

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基于60nmT型栅f_T&f_(max)为170&210 GHz的InAlN/GaN HFETs器件（英文）

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红外与毫米波学报 2016年第6期35卷 641-645页

作者：吕元杰冯志红张志荣宋旭波谭鑫郭红雨尹甲运房玉龙蔡树军河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

基于蓝宝石衬底InAlN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(f_T)和最大振荡频率(f_(max))的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于再生长n+GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600nm.此外,采用自对准... 详细信息

基于蓝宝石衬底InAlN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(f_T)和最大振荡频率(f_(max))的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于再生长n+GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600nm.此外,采用自对准栅工艺制备60nmT型栅.由于器件尺寸的缩小,在Vgs=1V时,器件最大饱和电流(Ids)达到1.89A/mm,峰值跨导达到462mS/mm.根据小信号测试结果,外推得到器件的f_T和f_(max)分别为170GHz和210GHz,该频率特性为国内InAlN/GaNHFETs器件频率的最高值.

关键词： InAlN/GaN 异质结场效应晶体管(HFETs) 电流增益截止频率(fT) 最大振荡频率(fmax)

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基于MOCVD再生长n_+ GaN欧姆接触工艺f_T/f_(max)>150/210 GHz的AlGaN/GaN HFETs器件研究（英文）

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红外与毫米波学报 2016年第5期35卷 534-537,568页

作者：吕元杰冯志红宋旭波张志荣谭鑫郭红雨房玉龙周幸叶蔡树军河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

基于SiC衬底AlGaN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外,采用自对准工... 详细信息

基于SiC衬底AlGaN/GaN异质结材料研制具有高电流增益截止频率(fT)和最大振荡频率(fmax)的AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外,采用自对准工艺制备了60 nm T型栅.由于器件尺寸的缩小,在Vgs=2 V下,器件最大饱和电流(Ids)达到2.0 A/mm,该值为AlGaN/GaN HFETs器件直流测试下的最高值,器件峰值跨导达到608 mS/mm.小信号测试表明,器件fT和fmax最高值分别达到152 GHz和219 GHz.

关键词： AlGaN/GaN 异质结场效应晶体管电流增益截止频率最大振荡频率再生长欧姆接触

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基于Al_2O_3介质的Ga_2O_3 MOSFET器件制备研究

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无机材料学报 2018年第9期33卷 976-980页

作者：吕元杰宋旭波何泽召谭鑫周幸叶王元刚顾国栋冯志红河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室石家庄050051

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Fe掺杂半绝缘(010)Ga_2O_3同质衬底上外延得到n型β-Ga_2O_3薄膜材料,材料结构包括600 nm未掺杂的Ga_2O_3缓冲层和200 nmSi掺杂沟道层。对掺杂浓度为3.0×10^(17)和1.0×10^(18) cm^(–3... 详细信息

采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法在Fe掺杂半绝缘(010)Ga_2O_3同质衬底上外延得到n型β-Ga_2O_3薄膜材料,材料结构包括600 nm未掺杂的Ga_2O_3缓冲层和200 nmSi掺杂沟道层。对掺杂浓度为3.0×10^(17)和1.0×10^(18) cm^(–3)的样品进行了高温合金欧姆接触实验,在掺杂浓度为3.0×10^(17) cm^(–3)的样品上难以实现良好的欧姆接触,掺杂浓度为1.0×10^(18) cm^(–3)的样品实现了欧姆接触最低值(9.8W×mm)。基于掺杂浓度为1.0×10^(18) cm^(–3)的n型β-Ga_2O_3薄膜材料,采用原子层沉积的Al_2O_3作为栅下绝缘介质层,研制出Ga_2O_3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。栅压为2 V时,器件漏源饱和电流达到108 mA/mm,器件峰值跨导达到17 mS/mm。由于栅漏电特性较差,器件的三端击穿电压仅为23 V@V_(gs)=–12 V。采用高介电常数的HfO_2或者Al_2O_3/HfO_2复合结构作为栅下介质能够改善栅漏电特性,提升器件的击穿性能。

关键词：氧化镓金属氧化物半导体场效应晶体管漏源饱和电流栅漏电

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基于再生长欧姆接触工艺的220 GHz InAlN/GaN场效应晶体管（英文）

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红外与毫米波学报 2017年第1期36卷 6-9,34页

作者：尹甲运吕元杰宋旭波谭鑫张志荣房玉龙冯志红蔡树军河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+-GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外,采用自对准工艺制备了50 nm直栅.由于器件尺寸的缩... 详细信息

在蓝宝石衬底上研制了具有高电流增益截止频率(f_T)的InAlN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs).基于MOCVD外延n+-GaN欧姆接触工艺实现了器件尺寸的缩小,有效源漏间距(Lsd)缩小至600 nm.此外,采用自对准工艺制备了50 nm直栅.由于器件尺寸的缩小,Vgs=1 V下器件最大饱和电流(I_(ds))达到2.11 A/mm,峰值跨导达到609 mS/mm.根据小信号测试结果,外推得到器件的fT和最大振荡频率(fmax)分别为220 GHz和48 GHz.据我们所知,该f_T值是目前国内InAlN/GaN HFETs器件报道的最高结果.

关键词： InA1N/GaN HFET fT 再生长n+-GaN欧姆接触

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最大振荡频率640 GHz的70nm栅长InAs PHEMTs器件(英文)

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红外与激光工程 2016年第7期45卷 161-165页

作者：张立森邢东徐鹏梁士雄王俊龙王元刚杨大宝冯志红河北半导体所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13 000 cm^2/(V·s)。成功研制... 详细信息

由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13 000 cm^2/(V·s)。成功研制出70 nm栅长的InP基赝配高电子迁移率晶体管,器件采用双指,总栅宽为30μm,源漏间距为2μm。为降低器件的寄生电容,设计T型栅的栅根高度达到210 nm。器件的最大漏端电流为1 440 mA/mm(V_(GS)=0.4 V),最大峰值跨导为2 230 mS/mm。截止频率fT和最大振荡频率f_(max)分别为280 GHz和640 GHz。这些性能显示该器件适于毫米波和太赫兹波应用。

关键词： InAs沟道高电子迁移率晶体管 T型栅最大振荡频率

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蓝宝石衬底上化学气相沉积法生长石墨烯

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物理化学学报 2016年第3期32卷 787-792页

作者：刘庆彬蔚翠何泽召王晶晶李佳芦伟立冯志红河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室石家庄050051

化学气相沉积(CVD)法是制备大面积、高质量石墨烯材料的主要方法之一,但存在衬底转移和碳固溶等问题,本文选用蓝宝石衬底弥补了传统CVD法的不足。利用CVD法在蓝宝石衬底上生长石墨烯材料,研究生长温度对石墨烯表面形貌和晶体质量的影响... 详细信息

化学气相沉积(CVD)法是制备大面积、高质量石墨烯材料的主要方法之一,但存在衬底转移和碳固溶等问题,本文选用蓝宝石衬底弥补了传统CVD法的不足。利用CVD法在蓝宝石衬底上生长石墨烯材料,研究生长温度对石墨烯表面形貌和晶体质量的影响。原子力显微镜(AFM)、光学显微镜(OM)、拉曼光谱和霍尔测试表明,低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。研究氢气和碳源对蓝宝石衬底表面刻蚀作用机理,发现氢气对蓝宝石衬底有刻蚀作用,而单纯的碳源不能对衬底产生刻蚀效果。在1200℃下,直径为50 mm的晶圆级衬底上获得平整度和质量相对较好的石墨烯材料,室温下载流子迁移超过1000 cm^2?V^(-1)?s^(-1)。

关键词：石墨烯蓝宝石化学气相沉积法生长温度刻蚀机理

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绝缘衬底上化学气相沉积法生长石墨烯材料

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化工学报 2017年第S1期68卷 276-281页

作者：刘庆彬蔚翠何泽召王晶晶周闯杰郭建超冯志红河北半导体研究所专用集成电路国家级重点实验室河北石家庄050051

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si_3N_4覆盖层可以有效抑制3CSiC缓冲层的形成;低温生长有利于保... 详细信息

利用化学气相沉积法,在Si衬底、蓝宝石衬底和SiC衬底上生长石墨烯材料,研究石墨烯的表面形貌、缺陷、晶体质量和电学特性。原子力显微镜、光学显微镜和拉曼光谱测试表明,Si_3N_4覆盖层可以有效抑制3CSiC缓冲层的形成;低温生长有利于保持材料表面的平整度,高温生长有利于提高材料的晶体质量。5.08cm蓝宝石衬底上石墨烯材料,室温下非接触Hall测试迁移超过1000cm2·V^(-1)·s^(-1),方块电阻不均匀性为2.6%。相对于Si衬底和蓝宝石衬底,SiC衬底上生长石墨烯材料的表面形态学更好,缺陷更低,晶体质量和电学特性更好,迁移率最高为4900cm2·V^(-1)·s^(-1)。

关键词：石墨烯绝缘衬底化学气相沉积表面形态学电学特性

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基于GaN同质衬底的高迁移率AlGaN/GaNHEMT材料

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物理学报 2018年第7期67卷 211-218页

作者：张志荣房玉龙尹甲运郭艳敏王波王元刚李佳芦伟立高楠刘沛冯志红专用集成电路国家级重点实验室河北半导体研究所石家庄050051 中国航天标准化与产品保证研究所北京100071

研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利... 详细信息

研究了表面预处理对GaN同质外延的影响,获得了高电子迁移率AlGaN/GaN异质结材料.通过NH_3/H_2混合气体与H_2交替通入反应室的方法对GaN模板和GaN半绝缘衬底进行高温预处理.研究结果表明,NH_3/H_2能够抑制GaN的分解,避免粗糙表面,但不利于去除表面的杂质,黄光带峰相对强度较高;H_2促进GaN分解,随时间延长GaN分解加剧,导致模板表面粗糙不平,AlGaN/GaN HEMT材料二维电子气迁移率降低.采用NH_3/H_2混合气体与H_2交替气氛模式处理模板或衬底表面,能够清洁表面,去除表面杂质,获得平滑的生长表面和外延材料表面,有利于提高AlGaN/GaN HEMT材料电学性能.在GaN衬底上外延AlGaN/GaN HEMT材料,2DEG迁移率达到2113 cm^2/V·s,电学性能良好.

关键词：金属有机物化学气相沉积氮化镓热处理同质外延

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