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伊利诺伊大学工程学院的研究团队推进了硅基氮化镓技术,有利于可放大高电子迁移率晶体管的开发

2017-01-10 250浏览 标签: 美国硅基氮化镓高电子迁移率晶体

201719日,美国伊利诺伊大学宣布在近期通过优化半导体层的组成推进了硅基氮化镓晶体管技术。通过和产业界伙伴VeecoIBM的合作,研究团队在200mm的硅基基板上制造出了高电子迁移率晶体管(HEMT)结构,该过程可放大到工业标准的晶圆尺寸。

电气和计算机工程助理教授Can Bayram表示,他的团队所以要在硅基平台上制造氮化镓HEMT结构是因为该平台可兼容现有的CMOS生产过程,并且相比于其他基质,例如蓝宝石和碳化硅,硅基基质更加廉价。

但是使用硅基基质存在一个挑战:晶格失配,也就是说硅的晶格常数与氮化镓不匹配,在硅上生长氮化镓会产生较大张力。研究人员采用在硅和氮化镓之间生长缓冲层的方法以解决这一问题。如果不生长缓冲层,氮化镓材料上会形成裂缝或者其他缺陷,这会使得晶体管运行不正常。

关于在硅和其上的不同氮化镓层之间界面的沟道里累积电子的问题,Bayram说:“对于这些氮化镓HEMT器件来说最重要的就是要具有很高的二维电子气浓度。问题是你必须要控制层间的张力平衡-从基质一直到沟道-以便使电子的密度最大化从而获得最快的晶体管,并使之具有最高可能功率密度(highest possible power density)。

研究了三种不同的缓冲层结构之后,Bayram的研究团队发现由分级的(graded)AlGaN制成的较厚缓冲层可以减少穿透位错,对其进行叠加可以减小应力。使用这种结构的缓冲层,研究团队获得了高达1800 cm2/V-sec的电子迁移率。

Bayram表示他的研究团队下一步将会制备全功能高频率硅基氮化镓HEMT用于5G无线网络。

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