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氢终端金刚石薄膜生长及其表面结构

物理学报 2024年第8期73卷 323-328页

作者：马孟宇蔚翠何泽召郭建超刘庆彬冯志红中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 河北半导体研究所固态微波器件与电路全国重点实验室石家庄050051

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素.传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在,限制了氢终端金刚石的电特性.在金刚石衬底上直接外延一层高纯、表面平整的氢终端金刚... 详细信息

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素.传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在,限制了氢终端金刚石的电特性.在金刚石衬底上直接外延一层高纯、表面平整的氢终端金刚石薄膜成为一种可行方案,但该方案仍存在薄膜质量表征困难,表面粗糙度较大等问题.本文采用微波等离子体化学气相沉积(CVD)技术,在含氮CVD金刚石衬底上外延一层亚微米级厚度金刚石薄膜,并研究分析了不同甲烷浓度对金刚石薄膜生长以及导电性能的影响.测试结果显示:金刚石薄膜生长厚度为230—810 nm,且外延层氮浓度含量低于1×10^(16) atom/cm^(3),不同的甲烷浓度生长时,金刚石外延层表面出现了三种生长模式,这主要与金刚石的生长和刻蚀作用相关.经过短时间生长后的金刚石薄膜表面为氢终端(2×1:H)结构,而氧、氮元素在其中的占比极低,这使得生长后的金刚石薄膜具有P型导电特性.霍尔测试结果显示,甲烷浓度为4%条件下生长的氢终端金刚石薄膜导电性最好,其方块电阻为4981Ω/square,空穴迁移率为207 cm^(2)/(V·s),有效地提升了氢终端金刚石电特性,为推进大功率金刚石器件发展应用起到支撑作用.

关键词：氢终端金刚石甲烷浓度生长模式电性能

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面向脉冲调制器的S波段高效线性MMIC功率放大器

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固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 131-137页

作者：段佩壮马明明李鹏程郭润楠庄园余旭明陶洪琪南京电子器件研究所南京211001 固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

针对脉冲调制全数字发射机中高速数字信号难以高效驱动射频功率放大器的问题,提出了一种高效线性MMIC功率放大器设计方法。采用连续F类功率放大器提高数字发射机系统的效率,采用三阶互调抵消改善临近饱和线性度。基于南京电子器件研究所... 详细信息

针对脉冲调制全数字发射机中高速数字信号难以高效驱动射频功率放大器的问题,提出了一种高效线性MMIC功率放大器设计方法。采用连续F类功率放大器提高数字发射机系统的效率,采用三阶互调抵消改善临近饱和线性度。基于南京电子器件研究所GaAs pHEMT工艺,研制了一款S波段高效率线性功率放大器进行验证。测试结果表明,在3.4~4.0 GHz频段内,当输入功率为-10 dBm时,输出功率为26.2~26.7 dBm,功率附加效率为53.3%~60.7%,功率增益为36.2~36.7 dB。在3.7 GHz频点,输出功率为24.5 dBm,三阶互调失真小于-30 dBc;9 dB峰均比、40 MHz正交频分多路复用的64-QAM调制信号激励下,平均输出功率及对应的功率附加效率分别为20.5 dBm和28%,实现了-30 dBc的邻道功率比及5.5%的误差向量幅度。

关键词：连续F类三阶互调抵消全数字发射机砷化镓

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高温退火对AlN外延材料晶体质量的影响

固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 167-172页

作者：罗伟科王翼李亮李传皓张东国杨乾坤彭大青李忠辉南京电子器件研究所南京210016 固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

采用高温退火技术改善金属有机物化学气相沉积AlN薄膜材料晶体质量。研究发现较低的生长温度下,Al原子迁移能力弱,外延呈岛状生长模式,形成大量的柱状晶粒,晶粒倾斜、扭曲,晶格原子排列混乱,存在大量的位错和层错缺陷;高温退火时晶格发... 详细信息

采用高温退火技术改善金属有机物化学气相沉积AlN薄膜材料晶体质量。研究发现较低的生长温度下,Al原子迁移能力弱,外延呈岛状生长模式,形成大量的柱状晶粒,晶粒倾斜、扭曲,晶格原子排列混乱,存在大量的位错和层错缺陷;高温退火时晶格发生重构,晶粒合并,位错和层错缺陷减少,晶格排列整齐,晶体质量得到提升。通过优化生长温度和退火温度,获得了高质量的200 nm厚AlN模板,其(002)和(102)面的X射线双晶衍射摇摆曲线半高宽分别为107 arcsec和257 arcsec,位错密度比退火前降低了2~3个数量级。

关键词：高温退火氮化铝晶体质量金属有机物化学气相沉积

0.6~18.0 GHz超宽带低噪声放大器MMIC

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固体电子学研究与进展 2024年第2期44卷 125-130页

作者：郝翔王维波闫俊达袁巍韩方彬陶洪琪南京电子器件研究所南京210016 固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

基于0.15μm GaAs E-pHEMT工艺设计并制备了一款0.6~18.0 GHz的低噪声放大器单片微波集成电路。该放大器使用一级共源共栅结构,通过负反馈实现宽带的匹配设计。同时在共栅晶体管栅极增加到地电容,共源管和共栅管漏极增加峰化电感,以提... 详细信息

基于0.15μm GaAs E-pHEMT工艺设计并制备了一款0.6~18.0 GHz的低噪声放大器单片微波集成电路。该放大器使用一级共源共栅结构,通过负反馈实现宽带的匹配设计。同时在共栅晶体管栅极增加到地电容,共源管和共栅管漏极增加峰化电感,以提高高频增益,扩展带宽,改善噪声。常温在片测试结果表明,在3.3 V单电源供电下,0.6~18.0 GHz频带内该款低噪声放大器噪声系数典型值1.5 dB,小信号增益约15 dB,增益平坦度小于±0.9 dB,输入、输出电压驻波比典型值分别为1.7和1.8,1 dB压缩点输出功率典型值14 dBm,功耗72.6 mW,芯片面积1.5 mm×1.2 mm。

关键词：超宽带低噪声放大器共源共栅单片微波集成电路砷化镓

增强型p⁃GaN栅HEMT器件的抗辐照性能研究

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固体电子学研究与进展 2024年第3期44卷 201-205页

作者：胡壮壮王登贵李雪周建军孔月婵陈堂胜固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016 南京电子器件研究所南京210016

为研究应用于宇航领域增强型GaN HEMT器件的抗辐照性能,制备了导通电流为20 A、击穿电压为345 V的增强型p-GaN栅HEMT器件,并分别研究了器件抗总剂量效应能力与抗单粒子效应能力。实验结果表明,研制的增强型p-GaN栅HEMT器件在辐照剂量率... 详细信息

为研究应用于宇航领域增强型GaN HEMT器件的抗辐照性能,制备了导通电流为20 A、击穿电压为345 V的增强型p-GaN栅HEMT器件,并分别研究了器件抗总剂量效应能力与抗单粒子效应能力。实验结果表明,研制的增强型p-GaN栅HEMT器件在辐照剂量率为1.55 rad(Si)/s、累积总剂量为300 krad(Si)的条件下,器件的阈值电压保持不变,同时器件在传能线密度为37.3 MeV/(mg·cm^(2))的离子辐照下,仍然实现了大于300 V的击穿电压。表明研制的增强型p-GaN栅HEMT器件具有良好的抗辐照能力。

关键词： p⁃GaN栅HEMT器件总剂量效应单粒子效应

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1 A/mm高电流密度金刚石微波功率器件

固体电子学研究与进展 2024年第1期44卷 1-5页

作者：谯兵郁鑫鑫李忠辉陶然周建军陈堂胜南京电子器件研究所中国电科碳基电子重点实验室南京210016 南京电子器件研究所固态微波器件与电路全国重点实验室南京210016

基于自对准栅电极制备技术,研制了具有低导通电阻和高电流密度的氢终端金刚石微波功率器件。采用高功函数金属Au与氢终端金刚石实现了良好的欧姆接触,接触电阻为0.73Ω·mm。得益于较低的源漏串联电阻和低损伤Al2O3栅介质原子层沉积工艺... 详细信息

基于自对准栅电极制备技术,研制了具有低导通电阻和高电流密度的氢终端金刚石微波功率器件。采用高功函数金属Au与氢终端金刚石实现了良好的欧姆接触,接触电阻为0.73Ω·mm。得益于较低的源漏串联电阻和低损伤Al2O3栅介质原子层沉积工艺,金刚石微波器件的导通电阻低至4Ω·mm,饱和电流密度达1.01 A/mm,最大跨导为213 mS/mm,最大振荡频率达58 GHz。研究了该器件在2 GHz和10 GHz频率下连续波功率输出特性,发现在15 V低工作电压下即可分别实现1.56 W/mm和1.12 W/mm的输出功率密度,展现出自对准技术在研制高电流和高输出功率金刚石微波器件上的潜力。

关键词：金刚石自对准技术高电流密度微波功率

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氢终端金刚石薄膜生长及其表面结构研究

物理学报 2024年

作者：马孟宇蔚翠何泽召郭建超刘庆彬冯志红中国电子科技集团公司第十三研究所河北半导体研究所固态微波器件与电路全国重点实验室

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素。传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在，限制了氢终端金刚石的电特性。在金刚石衬底上直接外延一层高纯，表面平整的氢终端金... 详细信息

氢终端金刚石的导电性问题是目前限制其在器件领域应用的关键因素。传统的氢终端金刚石制备工艺由于金刚石中含有杂质元素以及表面的加工损伤的存在，限制了氢终端金刚石的电特性。在金刚石衬底上直接外延一层高纯，表面平整的氢终端金刚石薄膜成为一种可行方案，但该方案仍存在薄膜质量表征困难，表面粗糙度较大等问题。本文采用微波等离子体化学气相沉积技术，在含氮CVD金刚石衬底上外延一层亚微米级厚度金刚石薄膜，并研究分析了不同甲烷浓度对金刚石薄膜生长以及导电性能的影响。测试结果显示：金刚石薄膜生长厚度为230-810 nm，且外延层氮浓度含量低于1×1016Atom/cm3，不同的甲烷浓度生长时，金刚石外延层表面出现了三种生长模式，这主要与金刚石的生长和刻蚀作用相关。经过短时间生长后的金刚石薄膜表面为氢终端(2×1：H)结构，而氧、氮元素在其中的占比极低，这使得生长后的金刚石薄膜具有P型导电特性。霍尔测试结果显示，甲烷浓度为4%条件下生长的氢终端金刚石薄膜导电性最好，其方块电阻为4981 Ω/sq，空穴迁移率为207 cm2/V·s，有效提升了氢终端金刚石电特性，为推进大功率金刚石器件发展应用起到支撑作用。

关键词：氢终端金刚石甲烷浓度生长模式电性能

110~200GHz频段InP单行载流子光电二极管

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半导体技术 2024年第1期49卷 39-44页

作者：杨大宝邢东赵向阳刘波冯志红固态微波器件与电路全国重点实验室石家庄050051 中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051

设计制备了一种基于InP材料低偏压工作的单行载流子光电二极管(UTC-PD),该器件的工作频率范围为110~200 GHz。为提升器件的带宽特性,UTC-PD芯片的吸收层采用p型高斯掺杂的InGaAs材料,芯片的InP衬底减薄至12μm。UTC-PD采用背照式的方式... 详细信息

设计制备了一种基于InP材料低偏压工作的单行载流子光电二极管(UTC-PD),该器件的工作频率范围为110~200 GHz。为提升器件的带宽特性,UTC-PD芯片的吸收层采用p型高斯掺杂的InGaAs材料,芯片的InP衬底减薄至12μm。UTC-PD采用背照式的方式输入光信号。通过倒装焊的形式将芯片安装在厚度为50μm的AlN基片上的共面波导焊盘上进行测试。在-3 V偏压和155μm波长输入光条件下,制备器件的响应度超过02 A/W;在110 GHz处获得最高输出功率为-56 dBm,19783 GHz处的输出功率最低为-106 dBm。

关键词：低偏压单行载流子光电二极管(UTC-PD) 高斯掺杂背照式响应度

GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型

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半导体技术 2024年第4期49卷 380-387页

作者：郜佳佳游恒果李静强舒国富中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051 固态微波器件与电路全国重点实验室石家庄050051

GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)的热积累问题是制约其进一步高度集成和大功率化应用的主要技术瓶颈,针对该散热问题,提出了GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型。在简单多层叠加的热阻解析模型的基础上,细化至芯片的近结区域,... 详细信息

GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC)的热积累问题是制约其进一步高度集成和大功率化应用的主要技术瓶颈,针对该散热问题,提出了GaN功率放大器MMIC的近结区热阻解析模型。在简单多层叠加的热阻解析模型的基础上,细化至芯片的近结区域,引入了位置矫正因子矩阵和耦合系数矩阵,并通过加栅窗的方式建立了芯片近结区的热阻解析模型。该模型考虑了GaN功率放大器MMIC的特点以及衬底的晶格热效应,可以更准确地表征芯片结温。采用红外热成像仪对6种GaN功率放大器MMIC在不同工作条件下进行了热测试,对比仿真和测试结果发现,解析模型的结温预测误差在10%以内,说明该模型可以准确地表征GaN功率放大器MMIC的热特性,进而用于优化和指导电路拓扑设计。

关键词： GaN功率放大器单片微波集成电路(MMIC) 近结区热阻解析模型红外热成像热特性