S波段4W+SiC+MESFET器件研制.pdfVIP

2006年全国第十一届微波集成电路与移动通信学术年会 SiC S波段4W MESFET器件研制 陈刚，柏松，张涛，汪浩，李哲洋，陈雪兰，蒋幼泉 南京电子器件研究所，单片集成电路与模块国家级重点实验室，210016 摘要：本论文介绍了s波段4H—sicMESFET功率管的材料设计、制作工艺和微波性能。采用半绝缘衬底的自 主研制的SiC三层外延片，成功制作出单胞lmm栅宽的芯片。经过装架、压丝，未作内匹配，单管器件在S 波段2GHz频率连续波下，输出功率为4．1w，小信号增益大于lOdB，漏极效率rl为35．5％。 关键词：4H碳化硅；金属半导体场效应管；微波；宽禁带半导体 1引言 SiC 和漂移速度、击穿电场等多个方面都具有明显的优势Ⅲ，因此采用SiC材料研制的功率器件也 MESFET的系 越来越受到关注。SiC作为第三代半导体的代表，国外研究已经趋于完善，SiC 10W RFPower 列商业产品已经出现，如CREE的CRF--22010SiC MESFET，其漏源电压最高可 45％，已封装好的SiCMESFET管子如图l所示。而对于国内，SiC从材料到器件制造技术都 MESFET 还很不成熟，有大量的基础问题需要研究解决，属于起步阶段，对于具有微波功率的SiC 的研制报道也不多见。对于更进一步的器件可靠性研究，国外CREE公司的SiC器件已经进行 过1千小时可靠性试验，而我们只是初步的进行了一些基本的器件可靠性测试研究，更多的 研究还需要进一步加强和展开。我们制作的SiC 连续波下微波输出功率4．1W的性能在国内处于领先地位。 图1．CREE10WSiCMESFET功率管 图2．国产4．1WSiC艇SFET功率管 本文主要完成以下几方面研究：首先采用了半绝缘衬底的自主研发的SiC三层外延片， 其次通过大量可行性试验改进了SiC 系统，开发出专用于测试高压高功率的SiCMESFET器件的测试系统，第四进行了装架、压丝 等后道工序的探索，把单胞管芯封装成可以用于微波功率测试、可靠性测试的lmm栅宽成品 SiC 大于lOdB，效率rl为35．5％。 ．296．． 2006年全国第十一届微波集成电路与移动通信学术年会 2实验 我们实验使用半绝缘衬底的自主研发的4H—SiC三层外延材料瞄1，Si面，p一缓冲层厚度 X X 0．4um，掺杂浓度为5i015cm-3，n型沟道层厚度0．4um，掺杂浓度为21017cm一，n+外延层厚 对薄(0．4um)的p一缓冲层幅1。SiC 0．8um，栅源间距和栅漏间距分别为0．8um和1．6um。 制造SiCMESFET的工艺途径是：台面、电子束蒸发Ni、剥离、快速退火、干法挖槽、电 子束蒸发多层金属形成肖特基接触、金属化、电镀、划片、装架口1。我们采用Ni作为SiC上 的欧姆接触金属h引，在1000‘C下通过氮气保护形成良好欧姆接触。挖槽工艺我们采用感应耦 合等离子体(ICP)干法刻蚀方法，光刻使用的是KarlSuss的JB3手动光刻机。 3结果和讨论 我们通过TLM方法测量样品上的特征接触电阻，经过计算得到最好的特征接触电阻率已 达到10-7量级。而对于整个片子来说，特征接触电阻率在一5、一6量级都有出现，可以看出欧 姆接触不是很均匀，但是对于SiCMESFET器件的实用要求来说，这样的欧姆接触已经能够胜 任SiC器件的正常应用，所以我们后面进一步要做的就是保证整片上欧姆接触能均匀分布， 都达N-7量级。 对于射频功率特性