GaN-on-Silicon для масштабируемых транзисторов с высокой подвижностью электронов

Кан Байрам, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники (ECE), и его команда создали структуру GaN HEMT на кремниевой платформе, поскольку она совместима с существующими производственными процессами CMOS и дешевле, чем другие варианты подложек, такие как сапфир и карбид кремния.
Однако у кремния есть свои проблемы. А именно, постоянная решетки или пространство между атомами кремния не совпадает с атомной структурой GaN, выращенного на нем.
«Когда вы выращиваете GaN сверху, между слоями возникает большая деформация, поэтому мы вырастили буферные слои [между кремнием и GaN], чтобы помочь изменить постоянную решетки до нужного размера», — пояснил старший научный сотрудник ECE Джош Перозек. автор статьи группы «Исследование структурных, оптических и электрических характеристик транзисторной структуры AlGaN / GaN с высокой подвижностью электронов на подложке из кремния 200 мм (1111)» в Journal of Physics D: Applied Physics.

Без этих буферных слоев в материале GaN образуются трещины или другие дефекты, которые препятствуют правильной работе транзистора. В частности, эти дефекты — пронизывающие дислокации или дыры там, где должны быть атомы, — разрушают свойства двумерного канала электронного газа в устройстве.

Этот канал имеет решающее значение для способности HEMT проводить ток и работать на высоких частотах.
«Самая важная вещь для этих устройств GaN [HEMT] — это высокая концентрация двумерного электронного газа», — сказал Байрам, говоря о накоплении электронов в канале на границе между кремнием и различными слоями на основе GaN над ним.

«Проблема в том, что вам нужно контролировать баланс деформации между всеми этими слоями — от подложки до канала — чтобы максимизировать плотность проводящих электронов, чтобы получить самый быстрый транзистор с максимальным возможная удельная мощность."
После изучения трех различных конфигураций буферных слоев команда Байрама обнаружила, что более толстые буферные слои, сделанные из градиентного AlGaN, уменьшают проницаемость дислокаций, а наложение этих слоев снижает напряжение. С такой конфигурацией команда достигла подвижности электронов 1800 см2 / В-сек.
«Чем меньше нагрузка на слой GaN, тем выше будет мобильность, что в конечном итоге соответствует более высоким рабочим частотам транзисторов», — сказал Сюань-Пинг Ли, аспирант-исследователь ECE, возглавляющий масштабирование этих устройств для приложений 5G.

По словам Байрама, следующим шагом его команды будет создание полнофункциональных высокочастотных GaN HEMT на кремниевой платформе для использования в беспроводных сетях передачи данных 5G.
После полного развертывания сеть 5G обеспечит более высокие скорости передачи данных для 8 миллиардов мобильных телефонов в мире, а также улучшит подключение и производительность для устройств Интернета вещей (IoT) и автомобилей без водителя.

Портал обо всем