將溝道的生長進程細(xì)致地劃分為十幾層，能夠顯著提升MBE生長的GaN HEMT器件的阻斷電壓。一支來自中國的科研團隊，通過成功制造出可阻斷2.5 kV以上電壓的簡易器件，進一步增強了運用等離子體輔助MBE（分子束外延）技術(shù)制造GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）的可行性。

盡管當(dāng)前MOCVD（金屬有機化學(xué)氣相沉積）在功率電子用GaN HEMT的制造市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，但等離子體輔助MBE這類外延技術(shù)具備一系列顯著優(yōu)勢。該技術(shù)的一大突出優(yōu)勢在于，它能夠生長出絕緣緩沖層，且無需進行摻雜。避免摻雜堪稱一項極為顯著的優(yōu)點，因為這消除了GaN HEMT在導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)之間切換時出現(xiàn)的電流崩塌現(xiàn)象。等離子體輔助MBE的另一優(yōu)勢在于，在超高真空環(huán)境下進行生長能夠有效抑制背景雜質(zhì)和缺陷。

憑借這些優(yōu)勢，來自Massphoton、蘇州晶能電子科技以及蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所的研究團隊，采用一種創(chuàng)新的生長方案，成功制造出具有70納米厚溝道的GaN HEMT器件。為制造該器件，團隊將溝道的生長過程細(xì)分為12層，并運用了鎵液滴耗盡處理技術(shù)。據(jù)稱，此方法通過減少缺陷態(tài)、降低孔隙缺陷密度，有效提升了GaN溝道的質(zhì)量。

器件的制造過程起始于將一片3英寸、2°偏角的藍(lán)寶石襯底置入等離子體輔助MBE腔室，于920°C的條件下沉積1000納米厚的AlN緩沖層。隨后，在815°C下依次生長70納米厚的GaN溝道、2個單分子層的AlN以及28納米厚的Al?.??Ga?.??N層。在完成這組III - N族材料疊層的生長后，團隊原位（in - situ）添加了一層10納米厚的SiN（氮化硅）鈍化層。

此外，團隊還制造了一個作為對照的器件，其溝道略厚（詳情見圖）。將這些外延晶圓加工成器件的過程如下：首先，通過低壓CVD沉積一層30納米厚的SiN層；接著，進行氮離子注入以實現(xiàn)臺面隔離；然后，添加源極和漏極歐姆接觸并進行退火。在生長了一層150納米厚的SiN層后，定義了柵極窗口，刻蝕深度為120納米，最終留下30納米的SiN作為柵極絕緣層。隨后沉積Ti/Al/Ti形成柵極金屬和場板，最后添加互連層并沉積2微米厚的SiN頂層鈍化層。

使用傳輸線法（TLM）進行的電學(xué)測量確定接觸電阻為3.6 Ω·mm，晶圓的方塊電阻為491 Ω/sq?1。與此同時，霍爾測量給出了二維電子氣密度為1.07 x 1013 cm?2，場效應(yīng)遷移率為884 cm2 V?1 s?1，這表明方塊電阻為660 Ω/sq?1。工程師們對不同測量方法得到的方塊電阻數(shù)值差異歸因于GaN溝道下方的緩沖層絕緣性不足，導(dǎo)致了寄生導(dǎo)電。

據(jù)稱，改善緩沖層的生長條件將降低方塊電阻，并允許使用更厚的溝道層。

對采用改良溝道生長的GaN HEMT進行的轉(zhuǎn)移測量顯示，輸出特性中出現(xiàn)了電流飽和現(xiàn)象。這種特性在采用傳統(tǒng)溝道的對照器件中并未觀察到，這歸功于分層生長帶來的優(yōu)異溝道質(zhì)量。

優(yōu)異溝道帶來的額外好處還包括：開關(guān)比提高到了10?，以及在0.5 V的漏極偏壓下，漏電流降低至1 nA mm?1。在這兩種情況下，相比傳統(tǒng)溝道的HEMT器件，性能均有數(shù)量級的提升。

由于GaN溝道厚度較薄，這兩種形式的HEMT器件都具有相對較高的導(dǎo)通電阻。

據(jù)該團隊表示，增加溝道厚度將有助于降低導(dǎo)通電阻，此外通過引入漸變層和改進生長工藝，導(dǎo)通電阻也能進一步降低。

對照器件在1000 V時發(fā)生擊穿，而具有優(yōu)異溝道的HEMT器件可承受約2500 V的電壓。該團隊推測，這一遠(yuǎn)高于對照組的數(shù)值源于GaN溝道優(yōu)異的絕緣特性。

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