Микроволновые и миллиметровые GaN HEMT: влияние эпитаксиальной структуры на короткоканальные эффекты, захват электронов и надежность

Применение транзисторов с высокой подвижностью электронов на основе нитрида галлия (GaN HEMT) в усилителях мощности миллиметрового диапазона требует уменьшения длины затвора до менее 150 нм. Для контроля короткоканальных эффектов необходимо уменьшить расстояние между затвором и каналом, а эпитаксиальную структуру прибора — полностью переработать. Высокую концентрацию носителей в двумерном электронном газе (2DEG) можно сохранить даже при очень тонком верхнем барьерном слое, заменив AlGaN на AlN, InAl(Ga)N или ScAlN. Кроме того, для предотвращения взаимодействия горячих электронов с компенсирующими примесями и дефектами в легированном буферном слое GaN последний необходимо отделить от канала обратным барьером. Другие конструкции приборов предусматривают использование градуированного канала, который регулирует электрическое поле, либо выращивание азотно-полярного (N-polar) GaN, что уменьшает расстояние между затвором и каналом и тем самым ослабляет короткоканальные эффекты. В статье рассматриваются различные варианты контроля короткоканальных эффектов, улучшения характеристик в закрытом состоянии и снижения тока утечки сток–исток. Преимущества и потенциальные недостатки каждого предложенного решения анализируются с точки зрения коллапса тока (CC), эффектов дисперсии и надежности.