面向太赫兹应用的(In)AlN/GaN高频HFETs器件基础研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61674130
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0404.半导体电子器件与集成
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

For the GaN based Heterostructure Filed-Effect Transistors (HFETs), the frequency characteristics have been limited by the size of the devices, and new theories and methods are needed to improve the frequency characteristics. Based on the epitaxial (In)AlN/GaN heterostructures with high crystal quality, in this project, we further develop and optimize the key and new device technology, such as, nano T-shaped gate, regrown n+GaN Ohmic contacts, high quality passivation by Atomic Layer Deposition (ALD). Then, we are mainly going to investigate the influence of the key and new device technology on the strain distribution of barrier layer and the electron mobility, especially after device scaling. Moreover, we study the effect of the key and new device technology on the transport mechanism which scattering the electron after device scaling, especially on the polarization Coulomb field (PCF) scattering. Through establishing the theory model and function expression of the PCF scattering, it’s going to investigate the influence of the PCF scattering on the electronic transport properties in the access region, and further on the parasitic resistance (such as RS and RD), exploring the relationship between the PCF scattering and frequency characteristics. Besides, it’s going to compare the transport mechanisms in the InAlN/GaN and AlN/GaN HFETs, especially studying the different effects of PCF scattering on the transport and frequency characteristics in the two kind devices. As a result, we explore the methods to weaken the effect of relevant scattering mechanisms, improving the frequency characteristics. Based on the explored theories and methods, optimization of materials and device structures is carried out to achieve the high-frequency (In)AlN/GaN HFETs for Terahertz application.
GaN基异质结场效应晶体管(HFETs)频率特性已受到器件尺寸的限制,亟需新理论和方法改善频率特性。本项目基于高质量(In)AlN/GaN异质结材料外延工作基础,优化纳米T型栅、再生长n+GaN欧姆接触和原子层沉积(ALD)介质等新型工艺,分析器件尺寸等比例缩小后,新型工艺对势垒层应变分布和沟道电子迁移率的影响,系统研究对与电子迁移率相关的散射机理,尤其是极化梯度库仑场散射的影响。建立相关器件中极化梯度库仑场散射的理论模型和表达式,研究极化梯度库仑场散射对栅源和栅漏区域沟道电子输运机理以及寄生电阻(如RS和RD等)的影响,探索与器件频率特性的关联。对比研究InAlN/GaN和AlN/GaN HFETs器件纳米尺度下输运机理的差异,分析相关差异对器件频率特性的影响。寻求消弱相关散射机理影响的有效方法,指导材料和器件结构优化设计,实现面向太赫兹应用的(In)AlN/GaN高频HFETs器件。

结项摘要

新型(In)AlN/GaN异质结材料具有超薄势垒和强极化的特点,是实现GaN器件向更高频、更大功率应用的最具潜力候选者。本项目基于高质量(In)AlN/GaN异质结材料外延工作基础,优化了纳米T型栅、再生长n+GaN非合金欧姆接触以及原子层沉积(ALD)等新型工艺,分析了器件尺寸等比例缩小后,新型工艺对势垒层应变分布和沟道电子迁移率的影响,系统研究了对与电子迁移率相关的散射机理,建立了相关器件中极化梯度库仑场散射的理论模型和表达式,研究了极化梯度库仑场散射对栅源和栅漏区域沟道电子输运机理以及寄生电阻的影响,并建立了与器件频率特性的关联,用以指导材料与器件结构优化设计。.通过优化帽层结构,结合栅区域预处理技术,解决了InAlN/GaN HFET器件可靠性难题,器件平均失效时间(MTTF)从10^3小时提升至10^6小时量级,为国际首次报道,为工程化应用奠定了有力基础;基于结构优化设计,采用再生长n+GaN非合金欧姆接触工艺将有效源漏间距缩小至600 nm,结合40 nm T型栅,研制出最大振荡频率(fmax)为405 GHz的InAlN/GaN HFET,该值为InAlN/GaN HFET国际已报道最高值;结合34 nm直栅工艺,研制出电流截止频率(fT)为350 GHz的InAlN/GaN HFET,该值为GaN HFET国内已报道最高值。本项目研制的高频器件为GaN HFET向更高频段功率放大器和更高速开关电路的应用奠定了良好基础。.本项目完成了项目既定的研究内容和研究目标,超额完成项目既定指标,发表相关SCI收录论文18篇,授权美国发明专利1件,授权国家发明专利4件。研制的GaN 高频HFET器件已在90 GHz以上频段功率放大器中进行了良好验证,90-96 GHz频段内输出功率大于2 W,并应用于国家重大装备,相关成果荣获中国电子科技集团公司科技进步二等奖。

项目成果

期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
High-frequency InA1N/GaN HFET with an f(T) of 350 GHz
f(T) 为 350 GHz 的高频 InA1N/GaN HFET
  • DOI:
    10.11972/j.issn.1001-9014.2018.01.004
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Infrared and Millimeter Waves
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    Xingchang Fu;Yuanjie Lv;Lijiang Zhang;Tong Zhang;Xianjie Li;Xubo Song;Zhirong Zhang;YulongFang;Zhihong Feng
  • 通讯作者:
    Zhihong Feng
AlGaN/GaN pressure sensor with a Wheatstone bridge structure
惠斯通电桥结构的 AlGaN/GaN 压力传感器
  • DOI:
    10.1063/1.4996257
  • 发表时间:
    2018-08-01
  • 期刊:
    AIP ADVANCES
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Tan, X.;Lv, Y. J.;Cai, S. J.
  • 通讯作者:
    Cai, S. J.
High-Uniformity and High Drain Current Density Enhancement-Mode AlGaN/GaN Gates-Seperating Groove HFET
高均匀性、高漏极电流密度增强型AlGaN/GaN栅极分离槽HFET
  • DOI:
    10.1109/jeds.2017.2778087
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    IEEE Journal of the Electron Devices Society
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Yuangang Wang;Hongyu Guo;Yulong Fang;Zhihong Feng;Shujun Cai;Yuanjie Lv;Xingye Zhou;Jiayun Yin;Tingting Han;Guodong Gu;Xubo Song;Xin Tan;Shaobo Dun
  • 通讯作者:
    Shaobo Dun
Effects of post-annealed floating gate on the performance of AlGaN/GaN heterostructure field-effect transistors
退火后浮栅对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管性能的影响
  • DOI:
    10.1088/1674-1056/26/12/127102
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Physics B
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Peng Cui;Zhaojun Lin;Chen Fu;Yan Liu;Yuanjie Lv
  • 通讯作者:
    Yuanjie Lv
The influence of the PCF scattering on the electrical properties of the AlGaN/AlN/GaN HEMTs after the Si3N4 surface passivation
Si3N4表面钝化后PCF散射对AlGaN/AlN/GaN HEMT电性能的影响
  • DOI:
    10.1007/s00339-018-1702-6
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Applied Physics A-Materials Science & Processing
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Chen Fu;Zhaojun Lin;Peng Cui;Yuanjie Lv;Yang Zhou;Gang Dai;Chongbiao Luan;Huan Liu;Aijie Cheng
  • 通讯作者:
    Aijie Cheng

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基于BP神经网络防空反导指控网络抗毁性评估
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    火力与指挥控制
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    姜浩博;李松;林驰;吕元杰;张杰
  • 通讯作者:
    张杰
包含Kink效应的改进型GaN HEMTs模型
  • DOI:
    10.15918/j.tbit1001-0645.2019.119
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    北京理工大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    侯彦飞;刘祎静;李灏;何伟;吕元杰;刘军;杨宋源;王伯武;于伟华
  • 通讯作者:
    于伟华

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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