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具有低噪声及高线性度的高性能MOCVD-SiNx/AlN/GaN毫米波MIS-HEMTs

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文章在超薄势垒AlN/GaN异质结构上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)原位生长SiNx栅介质,成功制备了高性能的SiNx/AlN/GaN金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管(MIS-HEMTs).深能级瞬态谱(DLTS)技术测试SiNx/AlN的界面信息,显示其缺陷能级深度为0.236 eV,俘获截面为3.06×10-19 cm-2,提取的界面态密度为1010～1012 cm-2eV-1,表明MOCVD原位生长的SiNx可以有效降低界面态.同时器件表现出优越的直流、小信号和噪声性能.栅长为0.15 μm的器件在2 V的栅极电压(Vgs)下具有2.2 A/mm的最大饱和输出电流,峰值跨导为506 mS/mm,最大电流截止频率(fT)和最大功率截止频率(fMAX)分别达到了65 GHz和123 GHz,40 GHz下的最小噪声系数(NFmin)为1.07 dB,增益为 9.93 dB.Vds = 6 V时对器件进行双音测试,器件的三阶交调输出功率(OIP3)为32.6 dBm,OIP3/Pdc达到11.2 dB.得益于高质量的SiNx/AlN界面,SiNx/AlN/GaN MIS-HEMT显示出了卓越的低噪声及高线性度,在毫米波领域具有一定的应用潜力.
High-performance MOCVD-SiNx/AlN/GaN MIS-HEMTs with low noise and high linearity for millimeter waves
In this paper,we demonstrated SiNx/AlN/GaN metal-insulator-semiconductor high electron mobility transistors(MIS-HEMTs)with low noise and high linearity,by in-situ growth of SiNx gate dielectrics on ultra-thin barrier AlN/GaN heterostructure.Deep-level transient spectroscopy(DLTS)shows a traps-level depth of 0.236 eV,a capture cross-section of 3.06×10-19 cm-2,and an extracted interface state density of 1010-1012 cm-2eV-1,which confirms that the grown SiNx can reduce the interface state.The devices exhibit excellent DC,small sig-nal,and power performance,with a maximum saturation output current(Idmax)of 2.2 A/mm at the gate voltage(Vgs)of 2 V and the gate length of 0.15 μm,a maximum current cutoff frequency(fT)of 65 GHz,a maximum power cutoff frequency(fMAX)of 123 GHz,a minimum noise figure(NFmin)of the device of 1.07 dB and the gain of 9.93 dB at 40 GHz.The two-tone measurements at the Vds of 6V,yield a third-order intermodulation output power(OIP3)of 32.6 dBm,and OIP3/Pdc of 11.2 dB.Benefited from the high-quality SiNx/AlN interface,the MIS-HEMTs exhibited excellent low noise and high linearity,revealing its potential in applications of millimeter waves.

SiNx gate dielectricsMOCVDMIS-HEMTsinterface statelow noiselinearitymillimeter waves

袁静、景冠军、王建超、汪柳、高润华、张一川、姚毅旭、魏珂、李艳奎、陈晓娟

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中国科学院微电子研究所 高频高压器件与集成研发中心,北京 100029

中国科学院大学,北京 100029

SiNx栅介质 MOCVD MIS-HEMTs 界面态 低噪声 线性度 毫米波

National Natural Science Foundation of ChinaYouth Innovation Promotion Association of Chinese Academy Sciences(CAS)IMECAS-HKUST-Joint Laboratory of Microelectronics

62304252

2024

10.11972/j.issn.1001-9014.2024.02.009

红外与毫米波学报
中国光学学会 中国科学院上海技术物理所

红外与毫米波学报

CSTPCD北大核心
影响因子：0.612
ISSN：1001-9014
年,卷(期)：2024.43(2)
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