في نطاقات الموجة المليمترية (نطاق W: 75–110GHz؛ نطاق E: 60–90GHz)، وأرقام التردد للجدارة (ft و fmₐₓ) لأجهزة HEMT المعتمدة على GaN تعتمد بشكل حاسم على نسبة العرض إلى الارتفاع بين طول البوابة (Lg) ومسافة البوابة إلى القناة (dge). مع تصغير Lg إلى أبعاد أقل من ميكرون وحتى مئة نانومتر، يتطلب قمع تأثيرات القناة القصيرة تقليلا متزامنا ل dge، مما يتطلب بنية حاجز فائق الرقيقة.

تواجه الوصلات غير المتجانسة التقليدية بين AlGaN/GaN قيودا فيزيائية جوهرية في هذا السيناريو: عندما ينخفض سمك الحاجز إلى أقل من 10 نانومتر، تنخفض كثافة صفائح الغاز الإلكتروني ثنائي الأبعاد (2DEG) الناتجة عن الاستقطاب المعدني والكهروضغطي المعدني بشكل أسي، مما يؤدي إلى تدهور شديد في موصلية القناة. على النقيض من ذلك، فإن سبائك InAlN الثلاثية ذات تركيب In حوالي 17٪–18٪ متطابقة مع GaN، واستقطاباتها العفوية والكهزوالكهربائية أقوى بكثير من تلك الموجودة في AlGaN ذات نفس السمك. تمكن هذه الخاصية الفريدة من وصلات InAlN/GaN غير المتجانسة في HEMT من الحفاظ على كثافة عالية في 2DEG (>10¹³cm⁻²) حتى مع حاجز فائق النحافة من 5–6 نانومتر، مما يوفر منصة مادية مثالية لتجاوز عنق الزجاجة في التدرج لأجهزة الموجة المليمترية.

طورت مجموعة باور ويفرتك رقاقة إبيتاكسيال غير متجانسة InAlN/GaN على ركائز السيليكون (Si)، والياقوت الأزرق، وكربيد السيليكون(SiC) باستخدام تقنية ترسيب البخار الكيميائي المعدني العضوي (MOCVD). ندعم تصاميم مخصصة من تركيبات متطابقة مع الشبكة إلى تركيبات عالية المحتوى، مصممة خصيصا لسيناريوهات تطبيقات التردد والطاقة المختلفة. خذ هيكل HEMT القائم على الياقوت القائم على الياقوت كمثال محدد:

1. مواصفات إبيتاكسي InAlN/GaN HEMT المعتمدة على الياقوت

مقارنة بحاجز AlGaN بنفس السمك، يظهر رقاقة InAlN/GaN تحسينا متفوقا لكثافة شحنة القناة تحت نفس مسافة التحكم بين البوابة، مما يترجم مباشرة إلى تحسين الموصلية وإمكانية القطع الترددية.

2. كبح فصل الطور وهندسة الإجهاد في إبيتاكسي InAlN

يواجه نمو Mocvd لInAlN حدود فجوة الاختلاط الحراري، مع ميل جوهري للفصل بين الطور في المناطق الغنية ب In-N (xIn> 0.5). لتجنب هطول الطور الثانوي وضمان سلامة هيكلية طبقة الحاجز، قمنا بدمج التدابير الأساسية التالية في مخطط العمليات لدينا:

(1) التحكم المزدوج في درجة حرارة النمو وتدفقات المصدر: من خلال ضبط نافذة درجة حرارة النمو بدقة (~706°C) ونسبة التدفق المولارية TMIn/TMAl، يتم قفل تركيبة In ضمن نطاق مطابقة الشبكة، متجنبا حراريا منطقة فجوة الاختلاط غير المستقرة. لا تلاحظ قمم حيود الطور الثانوي في منحنيات التأرجح XRD (0002)، مما يؤكد الانحراف أحادي الطور.

(2) هندسة توجيه الركيزة: لقد تحققنا من تأثيرات كل من ركائز الياقوت على المحور و4° خارج المحور. الركائز على المحور مفضلة لتقليل كثافة انزلاقات الخيط بشكل عام، بينما يمكن للركائز خارج المحور أن تمنع تكوين التلال على الأسطح القطبية الشمالية.

(3) تكامل طبقة الانحراف Si₃N₄ في الموقع: يمكن دمج طبقة عازلة Si₃N₄ اختيارية بسماكة حوالي 5 نانومتر. يمكن أن تعمل هذه الطبقة الرقيقة إما كعازل لبوابة MIS أو كطبقة سلبية سطحية، مما يثبت حالات السطح بشكل فعال ويقلل من خسائر التردد الراديوي. نظرا لسماكتها الرققة جدا، يمكن إزالة هذه الطبقة العازلة عن طريق النقش الجاف الانتقائي أو اختراقها مباشرة لتشكيل التلامس الأومي، مما يجعلها متوافقة مع مسارات تصنيع العملاء المختلفة.

3. التحقق من الأداء على مستوى الجهاز لأجهزة InAlN/GaN HEMTs

قام ساخاروفا وآخرون (2018) بتصنيع أجهزة HEMT (Lg = 0.5μm، Wg = 200 ميكرومتر، تباعد المصدر والمصرف = 4 ميكرومتر) بناء على إبيفايفرات InAlN/AlN/GaN على الياقوت. نتائج اختبار الإدخال والجهد النبضي (عرض النبضة 250 نانوثانية) والتيار المستمر هي كما يلي:

أقصى تيار مشبع للمصرف (معرف، الحد الأقصى): ≥1.27 أمبير/مم

ذروة التوصيل (GM، الحد الأقصى): ≥450 مللي ثانية/مم

تجانس جهد العتبة: انحراف معياري داخل الرقاقة لفولت

اختبار التردد الراديوي للإشارة الصغيرة (Vds = 15–20V، Id = 0.1A/mm) يظهر أنه، مقارنة بعينات مرجعية AlGaN ذات نفس البنية، يزداد fmax لعينات InAlN/GaN بشكل كبير مع إدخال تركيب In. تعزى هذه الميزة في الأداء إلى تحسين نسبة العرض إلى الداخل للبوابة وحصر القناة الأقوى تحت الحاجز فائق النقة. بالإضافة إلى ذلك، يوفر إصدار MIS-HEMT مع عازل بوابة Si₃N₄ في الموقع انزياحا إيجابيا إضافيا بمقدار 3–4 فولت في جهد العتبة، مما يوفر مرونة لتصميم الأجهزة في وضع التعزيز.

تقدم شركتنا إمكانيات توريد إبيتاكسي تتراوح من دفعات صغيرة على نطاق البحث والتطوير إلى قطع هندسية على نطاق الإنتاج، مع تعديلات مرنة للمعلمات بناء على نطاق التردد المستهدف ومستوى الطاقة لأجهزة العميل. للحصول على حلول إبيتاكسي مخصصة، يرجى التواصل مع فريق المبيعات الفني لدينا.

المراجع:

1. هاسينوهرل، س.، بلاهو، م.، دوبروتشكا، إ.، غوكمان، ف.، كوتشيرا، م.، ناداجدي، ب.، ... & كوزميك، ج. (2023). نمو InAlN الغني بالنيتولوجين القطبي بواسطة ترسيب بخار كيميائي عضوي معدني على الياقوت الأزرق المثبت وخارج المحور. علم المواد في معالجة أشباه الموصلات، 156، 107290.

2. ساخاروف، أ. ف.، لودين، و. ف.، زافارين، إ. إ.، زاكهايم، د. أ.، أوسوف، س. أ.، تساتسولنيكوف، أ. ف.، ... & فيليكوفسكي، ل. إ. (2018). هياكل غير متجانسة في AlN/GaN فائقة الرقيق لهياكل HEMTs. أشباه الموصلات، 52(14)، 1843-1845.