SiC和GaN宽禁带器件技术综述

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1、SiC和GaN宽禁带器件技术综述J．W．MilliganS．SheppardW．Pribble[摘要]宽禁带(WBG)器件为下一代军事和商用系统提供了明显的优势。SiC(碳化硅集成电路)MESFET(金属半导体场效应晶体管)目前的功率密度为4．0W／mm，功率增加效率在重复基础上超出60％。它们的封装或裸片是商业化的，而且已经成功设计于多个系统中。GaN(氮化镓)也是相当有希望的下一代宽禁带器件。Cree公司已验证了栅圆周的功率密度高于25W／mm。其中ft>40GHz，GaN器件能够满足UHF至毫米波的系统器件要求。目前这两种技术也在利用

2、为外部设计者提供的设计规则和非线性模型走向商业化。l0ramSiC基片和WBG外延(SiC和CaN)研制已经取得了显著的进展，这对于该技术的商业化和实现低成本很关键。已验证了10mmHPSI基片的低至2．5cm的微带密度，以及具有良好晶片内薄膜电阻均匀性的SiC和GaN外延。SiCMESFET的可靠性现已建立多年，给出了GaN器件可靠性基准的最新成果。关键词宽禁带(WBG)器件SiCGaN1前言极电压工作，具有很大的功率和宽带宽。但与SiCMESFET不同的是，GaNHEMT的工宽禁带(WBG)技术在过去几年快速作频率超过了40GHz。成熟

3、起来。最新一代SiCMESFET是在2003本文简述了SiCMESFET和GaN年首次出现的，扩展至4GHz应用时用于替HEMT目前的RF性能、商用状态和可靠性。代传统硅和砷化镓功率器件⋯。由于该技例举了目前有售的单个器件和正在研制的术的击穿电压超过IOOV，每个单元射频功微波电路(混合和单片)，验证了宽禁带技率的输出电容极低，而且可靠性很好，因此术在大功率应用中令人振奋的优势。还评述很快应用于多个新的宽带系统。在2003年，了10mm半绝缘SiC基片的研制状况。Cree公司也开始具备第一个SiCMMIC生产工艺，从而进一步扩展了SiC技术

4、的范围2HPSI4H—SiC基片和应用。除在SiCMESFET以外，Cree公司还积由5年前的2英寸到目前的10o瑚m，高极研制GaN．on．SiC作为替代GaAs器件和纯度半绝缘(HPSI)4H—SiC基片的纯度和进InP器件的高频器件，并于2006年首次实现展都是惊人的和及时的。图】示出了2英寸GaN的商业销售。与SiCMESFET类似，GaN到lOOmm的半绝缘SiC基片。HEMT(高电子迁移率晶体管)可以在高漏在减少半绝缘SiC(主要是微管路)的“SicandGaNWideBandgapDeviceTechnologyOvervie

5、w”；2007IEEERadarConference，P960-964；任万霞译孔德武校SiC和GaN宽禁带器件技术综述49晶体缺陷方面已取得了明显的进展。图2示靠着母板的晶片上作用形成外延层。出了最近的100mmSISiC基片的微管路密度。图12英寸、3英寸和100ramHPSISiC基片图3电阻率大于2E9Q—cm的100ram高纯度半绝缘SiC基片处理气图4外延层形成系统的简图采用该系统，在100ramHPSISiC基片上可以实现1．0％的晶片表面电阻率变量。由于对生产大量器件来说，必须要有良好的图2由光传输显微技术形成的微管路图表示

6、外延及均匀度，所以很好地控制该参数是建平均微管路密度为2．5cm。立100一mmSiCMESFET生产线预先必需由此图可以看出，100ram基片上的平的。均微管路密度仅有2．5cm～。该密度足以为宣带测试奥鼻cRF一2柏l0的扫描功率和增益很大的RF晶体管提供很好的器件产出。不但在减少微管路密度方面取得了很大进展，而且目前的晶片也显示出了很好的半绝缘特性，如图3所示。这项成果使得我们能在’’辨fMH1)。。2006年实现100ram半绝缘SiC基片的商用图5采用Cree公司CRF-24010标准IOWSiC销售。MESFET获得的从1-90

7、0MHz的良好RF性能3SiC外延研制4SiC商用器件状况近来为制造大功率SiCMESFET而在研制100ramSiC外延方面取得了很大的进Cree公司近年来按照完全公开的3英展。图4给出了用于此项研制的形成系统的寸工艺制造并交付了第二代SiCMESFET简图。处理气体从系统左边进入，从右边出产品。目前商业产品有多种封装形式的包括去。在流经形成单元时，一部分处理气体在裸片在内的IOW和60W晶体管。图5给出空载雷达2009年第1期了10W封装的MESFET，以及用它可以实现电压。将绝缘材料开槽至ALGaN表面并涂的宽带性能的典型例子。该部件

8、广泛用于极敷栅金属可形成栅电极。当在28V和3．5GHz大带宽；目前正太=量_生产交付我们生产的的负载牵引试验台测量时，单元器件的CW≈、siC儡体管通常崔4gv产生4W／mm，