HEMT-транзисторы AlInGaN/GaN с высоким показателем качества Джонсона на кремниевой подложке с низким удельным сопротивлением

В работе продемонстрированы высокоэффективные транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) AlInGaN/AlN/GaN, выращенные на p-типной кремниевой подложке диаметром 150 мм с низким удельным сопротивлением (удельное сопротивление ~20–100 Ом·см), обладающие рекордно высоким показателем качества Джонсона (JFOM). В приборах с длиной затвора 0,16 мкм и расстояниями от затвора до стока 2 и 4 мкм соответственно достигнуты частоты отсечки коэффициента усиления по току (fT) 83 и 63 ГГц, частоты отсечки коэффициента усиления по мощности (fmax) 95 и 77 ГГц и трёхконтактные напряжения пробоя в закрытом состоянии 69 и 127 В, что обеспечило высокие значения JFOM 5,7 и 8,1 ТГц·В соответственно. Значения fT и JFOM сопоставимы с опубликованными результатами или превосходят их для приборов с аналогичной длиной затвора, изготовленных на высокоомном кремнии и подложках SiC. В то же время структура HEMT GaN-на-Si на кремниевой подложке с низким удельным сопротивлением характеризуется меньшими коэффициентом усиления по мощности и коэффициентом полезного действия по добавленной мощности вследствие сильной ёмкостной связи. Моделирование выходной мощности в TCAD в режиме большого сигнала показывает, что существенное повышение выходной мощности возможно за счёт минимизации дефектов и свободных носителей заряда в буферном слое GaN даже при наличии паразитной проводимости канала и проводящей кремниевой подложки. Кроме того, предложена модифицированная эквивалентная схемная модель паразитной проводимости, учитывающая проводимость буферных слоёв GaN и AlGaN.