與HEMT相比，InGaAs MOSFET更易于生產，對極高頻應用而言是有力候選

【資料圖】

臺灣研究人員開發出了反轉模式InGaAs MOSFET，據稱其跨導和截止頻率(fT)都很出色。

國立陽明交通大學團隊的研究應該有助于開發亞毫米波源，亞毫米波源可用于下一代無線通信網絡和高分辨率成像系統。研究人員表示，基于GaA和InP的HEMT可用于射頻應用，對這些器件來說，他們的晶體管是有吸引力的替代品，但在規?；矫婢哂刑魬鹦?，而且要生長異質結構，還需要復雜的外延工藝。

據稱III-V MOSFET可以解決這個問題，采用InGaAs量子阱的MOSFET可產生令人印象深刻的結果，包括370 GHz的ft和400 GHz的最大截止頻率(fmax)。團隊發言人Jing-Yuan Wu說道，“[但是]在我看來，量子阱器件的外延結構和制造工藝都很復雜?！彼赋觯崔D模式器件具有表面溝道，結構更簡單，且可利用CMOS兼容工藝來制造。

雖然量子阱器件的性能略高于Wu及其同事生產的MOSFET，但后者據稱商業價值更高，成本更低，且易于片上系統集成，未來這些將是有前途的特質。

臺灣團隊開始生產晶體管，將3英寸InP襯底裝入MBE反應器，并沉積無意摻雜InAlAs的緩沖層，厚度為100 nm（旨在減少信號損失），以及摻雜In0.53Ga0.47As的淺p型溝道，厚度為50 nm。

為了用這些外延片生產器件，研究人員用稀釋的HCl去除了原生氧化物，利用原子層沉積(ALD)添加了10 nm Al2O3罩，來保護In0.53Ga0.47As表面，并使用光刻法定義有源區域。隨后，研究人員利用硅注入和快速熱退火，添加了源極區域和漏極區域，然后應用稀釋的HF去除Al2O3罩，使用ALD添加AlN界面鈍化層和Al2O3柵極電介質，最后在此結構中引入接通電。

Wu及其同事比較了一些器件的性能，這些器件的柵極長度范圍為75 nm至400 nm。跟預期一樣，漏極電流隨柵極長度增長而升高，在柵極長度范圍內增加了三倍，柵極和漏極偏壓為1.0V時，漏極電流達到峰值816 mA/mmm。

漏極-源極電壓為0.7V時，柵極最短的晶體管達到跨導峰值1035 mS mm-1。研究團隊使用0.7 V的漏源電壓和0.2 V的柵源電壓，結合外推法與小信號模型，確定ft和fmax的值分別為275 GHz和75 GHz。

Wu表示，fmax值低是因為TiN柵層疊的電阻非常高。“為了提高fmax值，我們將嘗試引入一種電阻低的金基合金?！?

該團隊晶體管的fT值隨柵極長度縮短而升高。根據TCAD模擬，柵極長度為15 nm時，該晶體管的fT值可達到529 GHz。

對ft和柵極長度產生的指標進行基準測試，表明與硅及其他InGaAs MOSFET相比，這一研究團隊的器件性能更優。

Wu及其同事認為，之所以存在這種優勢，是因為In0.53Ga0.47As溝道具備優異的載流子傳輸特性。在In0.53Ga0.47As溝道中，電子速度為2.88 x 107 cm s-1。

該研究團隊表示，研究結果表明，未來InGaAs MOSFET在毫米波和亞太赫茲應用中有著巨大潛力。

參考文獻

J.-Y. Wu et al. Appl. Phys. Express 16 041007 (2023)

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