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硅上的多通道三栅极III-氮化物高电子迁移率晶体管

时间:2021-09-03 00:03 点击次数:
  本文摘要:目前瑞士和中国的研究人员联合生产出有具备五个III族氮化物半导体闸极能级的三栅极金属氧化物半导体低电子迁移率晶体管,从而提升了静电掌控和驱动电流。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和中国的Enkris半导体公司所生产的材料结构由5个平行层构成,还包括10nm氮化铝镓(AlGaN)阻挡层,1nmAlN间隔层和10nmGaN闸极(图1)。其中阻挡层是以5x1018/cm3的部分水平掺入硅以强化导电性。 图1:(a)多闸极三栅AlGaN/GaNMOSHEMT的示意图。

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目前瑞士和中国的研究人员联合生产出有具备五个III族氮化物半导体闸极能级的三栅极金属氧化物半导体低电子迁移率晶体管,从而提升了静电掌控和驱动电流。瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)和中国的Enkris半导体公司所生产的材料结构由5个平行层构成,还包括10nm氮化铝镓(AlGaN)阻挡层,1nmAlN间隔层和10nmGaN闸极(图1)。其中阻挡层是以5x1018/cm3的部分水平掺入硅以强化导电性。

图1:(a)多闸极三栅AlGaN/GaNMOSHEMT的示意图。(b)三栅区的横截面示意图。插画:多通道异质结构。

(c)等效电路。(d)三栅区域的横截面扫瞄电子显微镜图像,弯曲52°。在五个平行的薄二维电子气(2DEG)地下通道上的霍尔测量得出了薄层电阻为230Ω/平方,具备1.5x1013/cm2的载流子密度和1820cm2/V-s迁移率(μ)。

有效地电阻率(ρeff)为2.4mΩ-cm,但总厚度(ttot)较小。该团队称之为:“小的ρeff和低迁移率对于减少RON至关重要,总厚度较薄,有助静电栅极掌控和器件生产(低交错比鳍片的光刻以及在它们周围构成电极可能会具备挑战性。)”通过电感耦合光刻构建了三栅极结构,深度为200nm。

欧姆源近于/漏极触点由热处理的钛/铝/钛/镍/金构成。栅极填充是25nm原子层沉积(ALD)二氧化硅绝缘体和镍/金电极。一个器件的栅极长度为51μm:50μm的鳍片长度+2x0.5μm的源极和漏极伸延。而地下通道电流的掌控受到鳍片宽度的影响。

尤其是,对于长鳍片来说,它对较深地下通道的掌控是较慢的。当宽度小于200nm时,跨导表明出有五个峰(每个地下通道一个峰)。峰值以40nm宽度拆分。

40nm器件表明出有-0.08V的小负阈值,提高了101mV/十倍的亚阈值摆幅和29.5mS/mm的峰值跨导。当然,增大鳍片宽度往往不会减少导通状态下的漏极电流。多个地下通道在一定程度上填补了这一点。

随着单通道器件中鳍片宽度的增大,仅次于电流平稳上升,而对于五个地下通道,只有宽度大于200nm时才不会经常出现显著的影响。


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