Monolityczny mikrofalowy układ scalony GaN/AlGaN

• Autorzy: Dobrzański L. , Caban P. , Kowalik A. , Podgórski J. , Rudziński M. , Góra K. , Jagoda A. , Stańczyk B. , Wojnowski D. , Kozłowski A. , Przyborowska K. , Lewandowski A. , Wiatr W. , Paszkiewicz R.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2015.6.1

Warianty tytułu

EN

Monolithic microwave GaN/AlGaN integrated circuit

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiamy opracowanie przyrządów HEMT (High Electron Mobility Transistors) z GaN/AlGaN, a następnie pierwszego w Polsce monolitycznego mikrofalowego układu scalonego, w którym zastosowano przyrządy HEMT z GaN/AlGaN. Opracowanie przyrządów HEMT. Sekwencja warstw epitaksjalnych tworzących strukturę tranzystora była następująca: bufor AlN, kanał GaN, warstwa Schottky’ego AlGaN oraz warstwa podkontaktowa GaN. Strukturę wyhodowano na podłożu szafirowym. Wzór izolacji oraz wzór obszarów drenów i źródeł uzyskano metodą litografii optycznej. Wzór bramki o długości 500 nm i 440 nm otrzymano metodą bezpośredniej elektronolitografii na powierzchni półprzewodnika. Izolację przyrządów uzyskano przez wytrawienie obszaru ‘mesa’ w plaźmie chlorowej. Metalizacja kontaktów tworzyła struktura wielowarstwowa Ti/Al/Ni/Au. Powierzchnię kanału zabezpieczono przez nałożenie warstwy pasywującej Si3N4. Wzmocnienie tranzystorów w pasmie S i X wynosiło odpowiednio 16 i 11 dB (MSG/MAG Maximum Stable Gain). W najlepszym z kilku opisanych wariantów konstrukcyjnych i technologicznych uzyskano częstotliwość graniczną fT = 30 GHz, częstotliwość graniczną fMAX = 30 GHz. Ponadto stwierdzono, że unilateralne wzmocnienie mocy (UPG) równa się jeden dla częstotliwości ok. 30 GHz. Uzysk wynosił 70% co odpowiada 3000 dobrych przyrządów z płytki o średnicy 2”. Opracowanie mikrofalowego monolitycznego układu scalonego (MMIC).Opracowano pierwszy w Polsce mikrofalowy monolityczny układ scalony (MMIC), klucz typu SPDT (Single Pole Double Throw) stosowany zazwyczaj w układach transciever’ów (klucz nadawanie-odbiór). Układ zbudowany jest z czterech tranzystorów HEMT o szerokości bram μm. W paśmie 0-4 GHz straty wtrącenia są mniejsze niż 2 dB, a izolacja lepsza niż 23 dB. Wykazano, że po zmianie konstrukcji układu i stosując tę samą technologię można uzyskać straty wtrącenia mniejsze niż 1 dB. Przedstawiony układ MMIC jest demonstratorem technologii, przy pomocy której można wykonać układy scalone o parametrach na poziomie komercyjnym.

EN

We present the development of HEMT (High Electron Mobility Transistors) and MMIC (Microwave Monolithic Integrated Circuit) made of GaN/AlGaN. Development of HEMTs. The sequence of epitaxial layers grown on sapphire substrate was as follows: AlN buffer, GaN channel, AlGaN Schottky and GaN contact cap. Isolation pattern and ohmic metal pattern were obtained by optical lithography. The gate was 500 nm and 440 nm long and was written using e-beam directly on semiconductor wafer. Then gate metal was evaporated and lifted off. The isolation was obtained by mesa etching in pure chlorine plasma. Ohmic contact consisted of a Ti/Al/Ni/Au sandwich. Finally Si3N4 passivation was made to protect exposed channel surface. Transistors operate in S and X band, showing 16 and 10 dB MSG/MAG gain respectively. For the best layout design transistors exhibited frequency fT=30 GHz, frequency fMAX = 30 GHz, and exhibited UPG=1 (unilateral power gain) for frequency 30 GHz. The yield was 70%, what corresponds to about 3000 good devices form one 2” wafer. Development of monolithic microwave integrated circuit (MMIC). We developed transistor switch of SPDT (Single Pole Double Throw) type which is used in transceivers. The circuit consists of four HEMT devices having gate width of 150 μm, gate length of 440 nm and drain source distance of 3 μm. In the 0-4 GHz bandwidth insertion loss is less than 2 dB and isolation is better than 23 dB. It was demonstrated that increase of the gate width of transistors will improve insertion loss value to the level of 1 dB.

Słowa kluczowe

PL

MMIC; HEMT; GaN/AlGaN

EN

MMIC; HEMT; GaN/AlGaN

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 56, nr 6
• Strony: 6--9
• Opis fizyczny: Bibliogr. 2 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Dobrzański L.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Caban P.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Kowalik A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Podgórski J.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Rudziński M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Góra K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Jagoda A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Stańczyk B.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Wojnowski D.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Kozłowski A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Przyborowska K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Lewandowski A.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

autor

Wiatr W.

• Politechnika Warszawska, Instytut Systemów Elektronicznych

autor

Paszkiewicz R.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki

Bibliografia

• [1] V. Kaper, R. Thompson, T. Prunty, J. R. Shealy, “Monolithic AlGaN/GaN HEMT SPDT switch”, 12th GAAS Symposium, Amsterdam 2004.
• [2] Qian Li, at. all, “Dual-gate GaN-HEMT SPDT switch with high isolation”, 2014 IEEE Int. Conference on Communication Problem–Solving (ICCP), pp. 13–137.