微电子所毫米波GaN功率器件研制成功

“高性能GaN外延材料研究”通过专家鉴定

2006-09-04

    2006年8月2日，由中国科学院主持召开的中国科学院知识创新工程重要方向项目“高性能氮化镓(GaN)外延材料研究”通过专家鉴定。

    以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料，是继半导体第一代硅材料和第二代砷化镓材料之后，在近十年迅速发展起来的新型宽带隙半导体材料，是目前全球半导体研究的前沿热点和各国竞相占领的战略高技术制高点。2002年中国科学院瞄准国家重大战略需求和世界科技前沿，将“新型高频大功率化合物半导体电子器件研究”作为中国科学院知识创新工程重要方向项目，半导体所材料中心氮化镓课题组承担了其第一课题“高性能GaN外延材料研究”。

    半导体所科研人员经过不断攻关在GaN基微电子材料研制方面取得重大进展，鉴定专家认为：

    该项目发展了高阻GaN外延材料的MOCVD制备技术，用具有自主知识产权的非故意掺杂和生长参数控制新方法，研制出了高性能的高阻GaN外延材料，其室温电阻率＞1E+9 Ω．cm，250C时电阻率＞1E+6 Ω．cm。具国内领先水平，达到国际先进水平。为GaN基高温、高频大功率高电子迁移率晶体管(HEMT)结构材料的研制打下了坚实基础。

    攻克了高迁移率GaN外延材料的MOCVD制备技术，用具有特色的缓冲层和生长压力控制技术，研制出了非有意掺杂高迁移率GaN外延材料(厚度2.5μm)，其室温电子迁移率达到740 cm2/V.s，背景电子浓度为1.5 E+16 cm-3，表面均方根粗糙度小于0.2nm，X射线衍射(0002)衍射峰摇摆曲线半高宽小于3.33arcmin。性能指标为国内领先，达到国际同期先进水平。

    用具有特色的压力和温度控制技术，研制出具有不同Al组份的高质量AlGaN势垒层材料，所研制的AlGaN材料Al组份为0.1～0.45，Al组份不均匀性小于1%，表面均方根粗糙度小于0.25nm， XRD(0002)衍射峰半高宽为3.3arcmin。性能指标为国内领先，达到国际先进水平。

    掌握了具有自主知识产权的GaN基高温高频大功率微电子材料制备的关键科学技术，创造性地将高迁移率GaN薄沟道层和AIN插入层相结合研制出高性能的AlGaN/GaN HEMT结构材料，材料室温二维电子气迁移率大于2180 cm2/V.s(77K迁移率大于15000 cm2/V.s)，密度大于1.1E+13 cm-2，密度与迁移率的乘积大于2.3E+16 /V.s，室温方块电阻小于300Ω/方块，2英吋外延片方块电阻不均匀性小于3%。为国际领先水平。并实现了小批量供片。

    用该项目研制的材料与中科院微电子所合作，研制出了高性能的C波段和X波段GaN基HEMT功率器件。C波段GaN功率器件的指标如下：Lg＝0.8μm，Imax=0.968A/mm，gm = 231mS/mm, fT = 20GHz，fmax>30GHz，1.2 mm栅宽器件在5.4GHz连续波下输出功率为10.47W，输出功率密度达到8.72W/mm，线性功率增益为14.5dB。 X波段器件，Lg<0.25μm，gm = 250 mS/mm，fT ＝77 GHz，fmax > 60GHz；1mm 栅宽X波段GaN功率器件在8GHz时的连续波输出功率为4W，输出功率密度达到4W/mm。

    鉴定专家认为：“高性能氮化镓(GaN)外延材料研究” 取得了突破性进展，全面出色完成了合同规定的任务，并取得了具有国内领先、国际先进水平的突出成果，其中AlGaN/GaN HEMT结构材料的二维电子气迁移率达到国际领先水平，有力地支撑了新一代关键电子元器件和电路在我国的发展，对打破西方发达国家在高科技领域对我国实行的封锁禁运具有重要意义。

“氮化镓基毫米波器件和材料基础与

关键问题研究”重大项目指南


     新型半导体材料和器件的研究与突破，常常导致新的技术革命和新兴产业的发展。以氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料，是继以半导体硅（Si）为代表的第一代半导体材料和以砷化镓（GaAs）为代表的第二代半导体材料之后，在近10年迅速发展起来的新型半导体材料。GaN基半导体材料具有宽带隙、大电子漂移速度、高热导率、耐高电压、耐高温、抗腐蚀、抗辐射等突出优点，特别适合制作高频、高效、高温、高压、大功率微波器件，基于GaN的AlGaN/GaN HEMT器件具有输出功率密度大、耐高温、抗辐射等特点，能满足下一代电子装备对微波功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣条件高温度下工作的要求。可以广泛应用于微波毫米波频段尖端电子装备，在民用通信基站等领域有广泛的应用，越来越受到高度重视。GaN基器件和电路是目前全球半导体研究的前沿和热点，是各国竞相占领的战略高技术制高点。我国在“十一五”重大专项中明确提出研制C-Ka波段的GaN功率器件和电路，独立自主地解决核心固态微波功率器件，与国际同步开展宽禁带半导体GaN基功率器件和电路的研究，并在短期内将其推进到实用化，实现我国在该领域的重大跨越和可持续发展，因此，及时部署氮化镓基毫米波器件和材料基础与关键问题研究具有重要意义。

     一、科学目标

     根据国家重大需求和本领域的国际前沿发展趋势，围绕GaN基毫米波、亚毫米波功率器件研制中涉及的核心科学问题和高技术问题开展工作，主要进行GaN基毫米波器件制备和材料生长中的关键科学问题、GaN基功率器件可靠性关键科学问题、GaN基毫米波功率器件与材料的新结构三个方面的系统研究。通过本项目的支持，在国内形成一支具有重要国际影响的宽禁带半导体核心研究团队，取得一批重要成果，形成完整的、具有自主知识产权的、从材料到电路的宽禁带半导体创新价值链。力争研制出拥有自主产权的GaN基毫米波微电子材料，加快毫米波大功率GaN基 HEMT结构材料的实用化进程，突破毫米波GaN器件关键工艺，实现器件的ft>100 GHz，输出功率密度达到5-10W/mm，可靠性超过1000小时，实现自主产权的高端元器件可持续发展，为我国宽禁带半导体电子器件的创新跨越发展奠定基础。

     二、研究内容

     （一）GaN基毫米波功率器件和材料基础与关键技术研究：解决限制GaN基毫米波功率器件在Ku、Ka波段工作的主要材料、器件理论和工艺问题，实现高性能的GaN基毫米波功率器件。

     （二）GaN基功率器件与材料可靠性基础问题研究：对GaN基功率器件和材料进行失效机理方面的研究，重点开展电流崩塌机理、材料缺陷、位错与器件失效机理、表面态和极化效应与器件失效机理的研究等，通过器件可靠性试验，提出新的高可靠器件的设计制造方案，解决GaN基功率器件实用化瓶颈。

     （三）GaN基毫米波功率器件与材料的新结构研究：开展新原理、新方法、新结构研究，如基于近表面可动电荷的GaN基HEMT器件电流崩塌机理研究、新型含In结构的GaN基HEMT结构材料的研究和绝缘栅GaN HEMT微波功率器件研究等，为GaN基毫米波功率器件的发展提供必要的技术储备。

     三、资助年限  4年

     四、拟资助经费  1000万元

     五、申请与受理   

     申请书的资助类别选择“重大项目”，亚类说明选择“项目申请书”或“课题申请书”，附注说明选择“氮化镓基毫米波器件和材料基础与关键问题研究”。

     本项目由信息科学部、数理科学部和工程与材料科学部联合提出，由信息科学部受理申请。

{:hao:}利害

好东西。能够自主大规模生产不？一定要能大规模流片了才算成功

实验室做出来不难，实用化批量生产难

{:3_81:}期待量产

实用化批量生产难

毫米波相控阵啊~~~~

不错,继续加油!

386i 发表于 2010-3-22 23:16
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有点bkc的味道啊，哈哈。
什么事情只要tg一关注就肯定没问题。好像以前的相控阵雷达的栅状器件吗，我们也过关了。