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关键字：Gan，Mishemt，MBE，MMIC，AL 2 O 3，可靠性摘要雷神已经在<111> si Hemt技术上采用了分子束外延（MBE）开发了gan的状态。相对于MOCVD（〜1000 o C）的分子束外延（MBE）的较低生长温度（〜750 o C）导致热性能提高和从IIII-V/SI界面减少微波损失。这些因素结合起来，以使最有效的高功率（> 4 w/mm）在高频（≥10GHz）上进行操作，这些操作通常与Si上的gan hemts无关。较低的温度MBE生长过程减少了生长后冷却后的GAN拉伸应变，这又使Aln成核层用于GAN HEMT生长。这与基于MOCVD的生长中使用的复杂的Algan/Aln菌株补偿层相反，这些层已显示出显着降低IIII-V外延层的总体导热率。此外，低温MBE ALN成核层导致Si/IIi-氮化物界面处的界面电荷降低。这种大大降低的电荷使雷神能够实现<0.2dB/mm的创纪录的低微波损失（对于SI上的GAN），最高为35 GHz，可与SIC上的GAN相当[1]。最重要的是，在100mm高电阻（> 1,000 ohm-cm）上实现MBE种植的Gan Hemt Epi层质量和均匀性时，记录了创纪录的低微波损失（> 1,000 OHM-CM）<111> Si，可与MOCVD在SIC上生长的GAN相当。板电阻低至423欧姆 /平方英尺（±0.8％），迁移率为〜1,600 cm 2 /v-s。这样做是为了使整个栅极电容，IDSS，IMAX和V t与为了减少门泄漏，雷神用ALD沉积了Al 2 O 3作为高k栅极介电介质形成不幸的。为了最大程度地减少门泄漏，而不会影响关键的RF设备特性（例如FT，FMAX，POWER和PAE），使用电荷平衡模型与栅极介电堆栈一起设计Schottky层厚度。
纳米级应力局部化对 GaN 高迁移率晶体管辐射敏感性的影响
原子位移的高阈值能量（Ed）[5]、点缺陷的动态退火[6]以及没有传统的栅极绝缘体[7]，这些使得它们在辐射环境中也具有吸引力。GaN HEMT 中故意引起的应力场在整个通道中基本是均匀的。这可能是为什么局部应力的概念尚未在文献中研究的原因。另一个原因可能是局部应力的全局平均值很小；这似乎太小而无法影响任何特性。最后，以纳米级分辨率映射机械应力是一项艰巨的任务。所有这些因素使得 GaN HEMT 文献只能研究均匀应力场的作用。但是，关态偏置可能会在电场周围引起高度局部化的机械应力。[8] 器件制造和设计特征也会产生应力局部化。然而，目前还没有人齐心协力绘制机械应力的空间非均匀性图，以研究其对晶体管特性的影响。常用的实验技术，如悬臂[9]、三点弯曲[10]和四点弯曲[11]，都无法捕捉到应力局部化。衬底去除[12,13]也用于产生均匀的弯曲应力。本研究的动机来自应力约束效应提供的识别易受辐射区域的机会。我们假设纳米级约束应力（机械热点）可能决定辐射损伤（甚至是操作性能下降）的特定位置成核。例如，HEMT 的栅极漏电被归因于促进肖特基接触金属化相互扩散的局部应力强度。[14]只有少数研究试图控制固有应力以显示对辐射效应的明显影响。 [15,16] 有必要将这些研究扩展到特定类型的辐射和压力。
和宽带半导体的纳米技术
氮化盐和相关的宽带半导体（WBS）近年来一直受到广泛关注。其背后的主要原因是半导体的几个相关的高功率/高频材料参数，例如高分解场和低内在载流子浓度，具有带隙的比例。基于WBS的半导体设备允许在极端条件下运行，例如高温和电场。从IR到深色紫外线的各种波长，使带隙工程以及出色的电子传输特性使氮化物也使电子和光电设备具有吸引力。今天，基于氮化物的设备被广泛用于高性能雷达（主要是3D AESA），电信（LTE-A，5G），电力电子系统，发光二极管和激光器。尽管在过去的二十年中取得了长足的进步，但所有这些设备仍然是发挥其全部潜力的激烈研究的主题[1-4]。在本期特刊中，发表了八篇论文，涵盖了宽带隙半导体设备技术的各个方面，从底物到epi-Egrowth和epi-Growth和emaking topor掺杂，再到HEMTS的新型过程模块，垂直整合的LED和激光二极管，以及基于NWS的纳米固醇。K. Grabianska等。报道了波兰Unipress的最新批量GAN技术进展[5]。已经对两个过程进行了彻底研究，即基本的氨热生长和卤化物蒸气期的外观以及它们的优势，缺点和详细讨论的前景。M. Stepniak等。 [8]。M. Stepniak等。[8]。作者假设在几年内高质量2英寸。真正的散装gan底物将大量提供，但如今，质量制造的主要方法将是HVPE，将AM-GAN晶体作为种子。[6]研究了GAN和Algan/Gan/Gan Hetereostrustures的选择性区域金属有机蒸气（SA-MOVPE）的过程，该过程旨在使用自下而上的建筑进行HEMT技术。获得了出色的生长均匀性，适当的结构预科，并获得了组成梯度的精确控制。讨论了SA-MOVPE过程在使基于GAN的3D纳米和微结构中用于电声，机电和集成的光学设备和系统的应用。K. Sierakowski等。[7]报道了高压在高温下植入后植入后退火的报道。讨论了该过程的热力学，并在两个方面研究了其GAN加工的应用。首先专注于GAN：mg用于P型掺杂，第二位于GAN上：被视为分析掺杂剂扩散机制的案例研究。为了防止gan表面分解，研究了退火过程的不同构造。mg激活超过70％，与与掺杂的gan相似的电性能一起达到了70％。Algan/GAN金属 - 胰蛋白酶高导体高电动晶体管（MISHEMT），其具有低温同育（LTE）生长的单晶ALN GATE介电介质。闸后退火效应
3.4 迈向硅代工厂兼容、高性能、0.25 微米栅极、高阻 200 毫米硅上的 GaN MMIC 工艺，采用 Cu 镶嵌 BEOL
在高电阻率 200 mm <111> Si 上采用 Cu 大马士革 BEOL 工艺开发与 Si 代工厂兼容的高性能 ≤0.25 µm 栅极 GaN-on-Si MMIC 工艺 Jeffrey LaRoche 1 、Kelly Ip 1 、Theodore Kennedy 1 、Lovelace Soirez 2 、William J. Davis 1 、John P. Bettencourt 1 、Doug Guenther 2 、Gabe Gebara 2 、Tina Trimble 2 和 Thomas Kazior 1 1 Raytheon IDS Microelectronics，362 Lowell St.，Andover，MA 01810 电子邮件：jeffrey_r_laroche@raytheon.com 电话：(512)-952-2927 2 Novati Technologies, Inc.，2706 Montopolis Drive，Austin，TX 78741 关键词：GaN、HEMT、硅、MBE、大马士革、200 mm 摘要 雷神公司正在开发一种 200 mm GaN on Si MMIC 工艺，该工艺适用于独立的高频 MMIC 应用，以及与 Si CMOS、SiGe BiCMOS 和其他 III-V 族的异质集成。在之前的 100 mm 和 200 mm GaN-on-Si 工作 [1-5] 的基础上，这项工作报告了在完全集成的 MMIC 方面取得的进展，以及在 200 mm 直径的 Si 晶片上实现世界上第一个 X 波段 GaN 0.25 µm 功率晶体管。这种 GaN-on-Si HEMT 在 V d = 28 V 时可提供 4.7 W/mm 的功率和 9 dB 的增益，PAE 为 49%。晶圆由商业 CMOS 代工厂 Novati Technologies 制造，采用完全减成、无金、类硅的制造方法。简介 在过去十年中，氮化镓 (GaN) 在电力电子以及高功率密度和高线性度 RF 应用中引起了广泛关注。很显然，200 mm 硅基 GaN 晶圆的大规模商业化生产将由电力电子应用推动。然而，随着这些应用开始填充 200 mm 代工厂，高性能硅基 GaN RF MMIC 应用将自然跟进，并利用大直径晶圆和背景晶圆体积来降低 RF IC 的成本。除了在 200 mm 晶圆上制造的硅基 GaN MMIC 的成本优势之外，与芯片到晶圆方法相比，大直径晶圆制造还为 GaN HEMT 与硅 CMOS 的异质集成（以实现附加功能）提供了优势。虽然与芯片到晶圆集成兼容，但 200 毫米 GaN IC 与 200 毫米 CMOS 的晶圆到晶圆异质集成在缩短互连长度和提高高密度、高性能 IC 产量方面更有前景。为了促进未来成本、产量和功能的改进，雷神公司正在高电阻率 200 上开发亚微米（≤0.25 µm 栅极）GaN-on-Si MMIC 工艺
宽带隙器件特刊社论：设计、制造和应用
新兴的宽带隙 (WBG) 半导体有望推动全球产业发展，就如同 50 多年前硅 (Si) 芯片的发明推动了现代计算机时代的到来一样。基于 SiC 和 GaN 的器件正开始变得更加商业化。与同类的基于 Si 的元件相比，这些 WBG 器件更小、更快、更高效，在更严苛的操作条件下也能提供更高的可靠性。此外，在此框架下，一种新型微电子级半导体材料被创造出来，其带隙甚至比之前建立的宽带隙半导体（如 GaN 和 SiC）还要大，因此被称为“超宽带隙”材料。这些材料包括 AlGaN、AlN、金刚石和 BN 氧化物基材料，它们在理论上具有更优越的性能，包括更高的临界击穿场、更高的工作温度和潜在的更高辐射耐受性。这些特性反过来又使得革命性的新器件可用于极端环境成为可能，例如高效功率晶体管（因为巴利加品质因数有所提高）、超高压脉冲功率开关、高效 UV-LED、激光二极管和 RF 电子设备。本期特刊发表了 20 篇论文，重点关注基于宽带隙的器件：设计、制造和应用。三篇论文 [1-3] 涉及未来 5G 应用和其他高速高功率应用的 RF 功率电子设备。其中九篇论文 [4-12] 探讨了宽带隙高功率器件的各种设计。其余论文涵盖了基于宽带隙的各种应用，如用于提高 GaN 基光子发射器光子提取效率的 ZnO 纳米棒 [13]、InGaZnO 薄膜晶体管 [14]、宽带隙 WO3 薄膜 [15]、银纳米环 [16、17] 和 InGaN 激光二极管 [18-20]。特别是在 RF GaN 器件方面，Kuchta 等人 [1] 提出了一种基于 GaN 的功率放大器设计，该设计降低了透射率畸变。Lee 等人 [2] 展示了一种用于 2.5 至 6 GHz 干扰系统的紧凑型 20 W GaN 内部匹配功率放大器，它使用高介电常数基板、单层电容器和分流/串联电阻器实现低 Q 匹配和低频稳定。 Lin 等人 [3] 通过集成厚铜金属化层实现了 Ka 波段 8.2 W/mm 的高输出功率密度。关于 GaN 功率器件，Wu 等人 [4] 研究了一种双 AlGaN 势垒设计以实现增强模式特性。Ma 等人 [5] 介绍了一种使用 GaN 的数字控制 2 kVA 三相分流 APF 系统。Tajalli 等人 [6] 通过进行缓冲分解研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿的起源。可以确定每个缓冲层与垂直漏电和击穿电压相关的贡献。Sun 等人 [7] 研究了 GaN-on-Si 外延结构中垂直漏电和击穿电压的分布。[7] 提出了一种利用 TCAD 实现常关型 GaN HEMT 的新方法。该概念基于将栅极沟道方向从长水平方向转置为短垂直方向。Mao 等 [8] 在 IGBT 的集电极侧引入了一部分 p-polySi/p-SiC 异质结，以在不牺牲器件其他特性的情况下降低关断损耗。Kim 等 [9] 实现了 SiC 微加热器芯片作为下一代功率模块的新型热评估设备，并评估了其耐热性能。