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      发表人m_xiang 发表时间2019-1-31 16:59:00

       

       本栏论题 金刚石热控制提高InAlGaN晶体管输出功率  [320]

          日本富士通研究所近期报道了在金刚石热控制的基础上适用于碳化硅SiC上3GHz InAlGaN高电子迁移率晶体管HEMTToshihiro Ohki et al IEEE Electron Device Letters published online 5 December 2018ݡ其中热管理是实现更高功率密度的关键步骤 金刚石是一种具有非常高导热性的材料
         
          该团队称?#26696;么?#26377;SiC 金刚石粘合散热器的InAlGaN GaN HEMT实现了223W mm的高输出功率密度这是目前GaN HEMT中最高的输出功率密度在该款HEMT中的S波段具有添加了铟的阻挡层
         
          研究人员发现基于GaN通道中电子流的高电压和高?#30340;?#21147;在微波高功率放大器中有很好的应用在保证不失真的强信号传输中需要具有高功率密度在雷达?#20302;?#20013;高功率扩展了其检测范围
         
          因此在本研究中使用金属有机气相外延MOVPE在碳化硅上生长器件材料其形成的异?#24335;?#26500;特征在于InGaN背势垒旨在减少漏极电流泄漏顶部InAlGaN顶部势垒在AlGaN间隔物上生长以努力减小界面粗糙度以改善GaN沟道中的电子迁移率
         
          在顶部阻挡材料中包括铟?#24066;?#20943;小沟道中的薄层电阻而不增加结构中的拉伸应变这是AlGaN顶部阻挡层不可避免的富士通团队报告称之前使用InAlGaN阻挡层实现了比W波段75110GHz中的AlGaN GaN HEMT更高的输出密度
         
          W波段频率分配用于卫星通信毫米波雷达研究军用雷达目标和跟踪以及汽车巡航控制雷达S波段24GHz应用还包括雷达以及许多本地无线通信设备WiFi蓝牙等
         
          源极漏极接触由再生长的n GaN和钛金电极组成肖特基门是镍金 在将SiC生长衬底减薄至50m并用化学机械抛光平滑后将该器件粘?#31995;?#37329;刚石上
         
          通过用氩气束处理制?#21018;?#21512;表面以除去污染物并活化粘合表面使SiC和金刚石之间的界面更具导热性金刚石表面还包含在氩气暴露之前施加的薄金属层
         
          研究人员称这一过程使金刚石表面形成的低密?#20154;?#20260;层受到抑制因此大大提高了SiC与金刚石基板之间的结合强度
         
          通过光学显微镜检查粘合剂未发现任何?#38556;?#21033;用机?#36947;?#21093;离器件与金刚石材料是困难的这些特征均表明其之间具有低热阻的?#32771;?#21512;来源:OFweek新材料网
         
          025mx50m栅极的HEMT实现了1058mA mm的最大漏极电流和488mS mm的峰值跨导夹断时的三端硬击穿电压为257V研究人员认为高击穿电压是InAlGaN阻挡层高生长温度的结果其晶体质量高于InAlN阻挡层研究人员还说击穿强度与用相同方式制造的AlGaN GaN HEMT所达到的击穿强度相?#34180;?br>   
          研究人员还用红外相机评估了该HEMT的热性能在金刚石散热器上器件温度达到120C输入功率为12W而如果没有金刚石进行热控制它只需要4W就能超过120C对于金刚石HEMT100C左右的热阻为72C W但如果没有散热器则会增加到188C W
         
          在3GHz附近的S波段进行微波负载牵引测量结果表明饱和输出功率为198W mm金刚石总栅极宽度为1mm占空比为10s脉冲为10s没有金刚石进行热控制管理则功率仅达到148W mm占空比为1时金刚石的功率增加到223W mm
         
          研究人员指出他们的工作受到测量设备最大电压的限制更高的漏极偏压超过100V可以产生更好的结果 然而对于金刚石HEMT10占空比脉冲出现了显著的热降解现象在雷达和无线通信设备中10的占空比是很常见的
         
          由于该器件目前没有使用先进的场控制结构该团队希望后续可以对栅极和漏极之间的电位进行调制并降低栅极边缘处电场的大小据预测未来的性能指标会包括迄今为止通过S波段AlGaN GaN HEMT实现的40W mm功率密度

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