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最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件

张立森 邢东 徐鹏 梁士雄 王俊龙 王元刚 杨大宝 冯志红

张立森, 邢东, 徐鹏, 梁士雄, 王俊龙, 王元刚, 杨大宝, 冯志红. 最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720004-0720004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
引用本文: 张立森, 邢东, 徐鹏, 梁士雄, 王俊龙, 王元刚, 杨大宝, 冯志红. 最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(7): 720004-0720004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
Zhang Lisen, Xing Dong, Xu Peng, Liang Shixiong, Wang Junlong, Wang Yuangang, Yang Dabao, Feng Zhihong. 70 nm gate-length InAs PHEMTs with maximum oscillation frequency of 640 GHz[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(7): 720004-0720004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
Citation: Zhang Lisen, Xing Dong, Xu Peng, Liang Shixiong, Wang Junlong, Wang Yuangang, Yang Dabao, Feng Zhihong. 70 nm gate-length InAs PHEMTs with maximum oscillation frequency of 640 GHz[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(7): 720004-0720004(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0720004

最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件

doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
详细信息
    作者简介:

    张立森(1985-),男,工程师,博士,主要从事太赫兹固态电子器件方面的研究。Email:zhls1209@163.com

    通讯作者: 冯志红(1973-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事宽禁带半导体与太赫兹固态电子器件方面的研究。Email:ga917vv@163.com
  • 中图分类号: TN323+.2

70 nm gate-length InAs PHEMTs with maximum oscillation frequency of 640 GHz

  • 摘要: 由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13000 cm2/(Vs)。成功研制出70 nm栅长的InP基赝配高电子迁移率晶体管,器件采用双指,总栅宽为30 m,源漏间距为2 m。为降低器件的寄生电容,设计T型栅的栅根高度达到210 nm。器件的最大漏端电流为1440 mA/mm (VGS=0.4 V),最大峰值跨导为2230 mS/mm。截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为280 GHz和640 GHz。这些性能显示该器件适于毫米波和太赫兹波应用。
  • [1] Seung J O, Yong M H, Seungjoo H, et al. Medical application of THz imaging technique[C]//37th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves, 2012:1-3.
    [2] Axel T. 220-GHz metamorphic HEMT amplifier MMICs for high-resolution imaging applications[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 2005, 40(10):2070-2076.
    [3] Radoslaw P, Thomas K O, Norman K, et al. Short-range ultra-broadband terahertz communications:concepts and perspectives[J]. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 2007, 49(6):24-39.
    [4] Ho J S, Tadao N. Present and future of terahertz communications[J]. IEEE Trans TeraHz Sci Technol, 2011, 1(1):256-263.
    [5] Norbert P, Mieczyslaw S, Marcin K, et al. THz spectroscopy and imaging in security applications[C]//19th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, 2012:265-270.
    [6] Hai B L, Hua Z, Nicholas K, et al. Terahertz spectroscopy and imaging for defense and security applications[J]. Proceedings of the IEEE, 2007, 95(8):1514-1527.
    [7] Lorene A S. An overview of solid-state integrated circuit amplifiers in the submillimeter-wave and THz regime[J]. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 2011, 1(1):9-24.
    [8] Dae H K, Jesus A A. 30-nm InAs PHEMTs with fT=644 GHz and fmax=681 GHz[J]. IEEE Electron Device Letters, 2010, 31(8):806-808.
    [9] Xiao B M, Wayne Y, Mike L, et al. First demonstration of amplification at 1 THz using 25-nm InP high electron mobility transistor process[J]. IEEE Electron Device Letters, 2015, 36(4):327-329.
    [10] Dae H K, Berinder B, Jesus A A. fT=688 GHz and fmax=800 GHz in Lg=40 nm In0.7Ga0.3As MHEMTs with gm_max2.7 mS/m[C]//IEEE International Electron Devices Meeting, 2011:319-322.
    [11] Dae H K, Jesus A A, Peter C, et al. 50-nm E-mode In0.7Ga0.3As PHEMTs on 100-mm InP substrate with fmax1 THz[C]//IEEE International Electron Devices Meeting, 2010:692-695.
    [12] Tae W K, Dae H K, Jesus A A. 60 nm self-aligned-gate InGaAs HEMTs with record high-frequency characteristics[C]//IEEE International Electron Devices Meeting, 2010:696-699.
    [13] William D, Xiao B M, Kevin M K H L, et al. THz monolithic integrated circuits using InP high electron mobility transistors[J]. IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, 2011, 1(1):25-32.
    [14] Mike B, Mike B, Xiao B M, et al. Advanced InP and GaAs HEMT MMIC technologies for MMW commercial products[C]//65th Annual Device Research Conference, 2007:147-148.
    [15] Leuther A, Axel T, Hermann M, et al. 450 GHz amplifier MMIC in 50 nm metamorphic HEMT technology[C]//International Conference on IPRM, 2012:229-232.
    [16] Axel T, Leuther A, Hermann M, et al. A high gain 600 GHz amplifier TMIC using 35 nm metamorphic HEMT technology[C]//IEEE CSICS, 2012:1-4.
    [17] Keisuke S, Wonill Ha, Maik J W R, et al. Extremely high gm2.2 S/mm and fT550 GHz in 30-nm enhancement-mode InP-HEMTs with Pt/Mo/Ti/Pt/Au buried gate[C]//IEEE 19th International Conference on IPRM, 2007:18-21.
    [18] Wonill Ha, Keisuke S, Griffith Z, et al. High performance InP HEMT technology with multiple interconnect layers for advanced RF and mixed signal circuits[C]//IEEE International Conference on IPRM, 2009:115-119.
    [19] Akira E, Issei W, Takashi M, et al. High-speed InP-HEMTs:low-noise performance and cryogenic operation[C]//23rd International Conference on IPRM, 2011:1-4.
    [20] Yoshimi Y, Akira E, Keisuke S, et al. Pseudomorphic In0.52Al0.48As/In0.7Ga0.3As HEMTs with an ultrahigh fT of 562 GHz[J]. IEEE Electron Device Letters, 2002, 23(10):573-575.
    [21] Tetsuya S, Haruki Y, Tetsuyoshi I, et al. 30-nm two-step recess gate InP-based InAlAs/InGaAs HEMTs[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 2002, 49(10):1694-1700.
    [22] Tetsuya S, Haruki Y, Yohtaro U, et al. High-performance 0.1m gate enhancement-mode InAlAs/InGaAs HEMT's using two-step recessed gate technology[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1999, 46(6):1074-1080.
    [23] Seong J Y, Myonghwan P, JeHyuk C, et al. 610 GHz InAlAs/In0.75GaAs metamorphic HEMTs with an ultra-short 15 nm gate[C]//IEEE International Electron Devices Meeting, 2007:613-616.
    [24] Byeong O L, Mun K L, Tae J B, et al. 50-nm T-Gate InAlAs/InGaAs metamorphic HEMTs with low noise and high fT characteristics[J]. IEEE Electron Device Letters, 2007, 28(7):546-548.
    [25] Sung C K, Dan A, Byeong O L, et al. High performance 94-GHz single balanced mixer using 70-nm MHEMTs and surface micromachined technology[J]. IEEE Electron Device Letters, 2006, 27(1):28-30.
    [26] Elgaid K, McLelland H, Holland M, et al. 50-nm T-gate metamorphic GaAs HEMTs with fT of 440 GHz and noise figure of 0.7 dB at 26 GHz[J]. IEEE Electron Device Letters, 2005, 26(11):784-786.
    [27] Kang S Lee, Young S Kim, Yun K Hong, et al. 35-nm zigzag T-gate In0.52Al0.48As/In0.53Ga0.47As metamorphic GaAs HEMTs with an ultrahigh fmax of 520 GHz[J]. IEEE Electron Device Letters, 2007, 28(8):672-675.
  • [1] 刘一霆, 丁青峰, 冯伟, 朱一帆, 秦华, 孙建东, 程凯.  集成AlGaN/GaN HEMT混频探测器的太赫兹矢量测量系统 . 红外与激光工程, 2023, 52(1): 20220278-1-20220278-8. doi: 10.3788/IRLA20220278
    [2] 张春芳, 柳渊, 巩明亮, 刘炳锋, 龚蕊芯, 刘家伯, 安和平, 张东亮, 郑显通, 鹿利单, 冯玉林, 祝连庆.  势垒型InAs/InAsSb II类超晶格红外探测器研究进展(特邀) . 红外与激光工程, 2022, 51(12): 20220667-1-20220667-16. doi: 10.3788/IRLA20220667
    [3] 王琦, 钱永明, 张书练.  加力型频率分裂激光器的频率差热漂移 . 红外与激光工程, 2021, 50(2): 20200392-1-20200392-7. doi: 10.3788/IRLA20200392
    [4] 任梦远, 陈霏.  采用红外快速热退火的晶体管TED效应与沟道尺寸的关系研究 . 红外与激光工程, 2021, 50(5): 20200306-1-20200306-8. doi: 10.3788/IRLA20200306
    [5] 孙海竹, 张建心, 樊心民, 孙永志, 李森森.  狭缝型全介质共振单元频率选择超表面 . 红外与激光工程, 2020, 49(S1): 20200108-20200108. doi: 10.3788/IRLA20200108
    [6] 田遥岭, 何月, 黄昆, 蒋均, 缪丽.  高功率110 GHz平衡式肖特基二极管频率倍频器 . 红外与激光工程, 2019, 48(9): 919002-0919002(6). doi: 10.3788/IRLA201948.0919002
    [7] 吴越, 刘家祥, 方勇华, 张蕾蕾, 杨文康.  C-T型平板波导红外光谱仪系统自身背景辐射的分析与抑制 . 红外与激光工程, 2019, 48(8): 803001-0803001(7). doi: 10.3788/IRLA201948.0803001
    [8] 刘德兴, 母一宁, 曹喆, 樊海波, 郝国印.  微通道波导栅型复合探测信号提取方法与验证 . 红外与激光工程, 2019, 48(10): 1016002-1016002(9). doi: 10.3788/IRLA201948.1016002
    [9] 母一宁, 郝国印, 刘春阳, 刘德兴, 曹喆.  波导栅型微孔阵列的自触发瞬时选通成像研究(特邀) . 红外与激光工程, 2019, 48(4): 402002-0402002(4). doi: 10.3788/IRLA201948.0402002
    [10] 张永昶, 朱海永, 张静, 郭俊宏, 张栋, 段延敏.  紧凑型MgO:PPLN宽波段可调谐连续光参量振荡器 . 红外与激光工程, 2018, 47(11): 1105008-1105008(5). doi: 10.3788/IRLA201847.1105008
    [11] 杨志斌, 李浩哲, 王斌, 陈禹昕.  铝合金T型接头双侧激光焊接气孔缺陷影响规律研究 . 红外与激光工程, 2018, 47(9): 906004-0906004(8). doi: 10.3788/IRLA201847.0906004
    [12] 罗木昌, 孙建东, 张志鹏, 李想, 申志辉, 王颖, 陈红兵, 董绪丰, 张金峰, 陈扬, 周建勇, 秦华.  基于AlGaN/GaN场效应晶体管的太赫兹焦平面成像传感器 . 红外与激光工程, 2018, 47(3): 320001-0320001(6). doi: 10.3788/IRLA201847.0320001
    [13] 李宇昕, 李世凤, 居盼盼, 赵刚, 吕新杰, 秦亦强.  高稳定紧凑型内腔连续光参量振荡器 . 红外与激光工程, 2017, 46(4): 406004-0406004(6). doi: 10.3788/IRLA201746.0406004
    [14] 胡内彬, 白剑, 墨洪磊, 朱蓓蓓, 兰洁, 梁宜勇.  凸球面网栅激光直写技术 . 红外与激光工程, 2016, 45(1): 120002-0120002(5). doi: 10.3788/IRLA201645.0120002
    [15] 武丽敏, 宋朋, 王静, 张海鹍, 周城, 陈涛, 张峰.  一种高双折射高负平坦色散压缩型光子晶体光纤 . 红外与激光工程, 2016, 45(S1): 183-187. doi: 10.3788/IRLA201645.S120001
    [16] 姚官生, 张利学, 张向锋, 张亮, 张磊.  InAs/GaSb超晶格探测器台面工艺研究 . 红外与激光工程, 2015, 44(3): 951-954.
    [17] 于树海, 王建立, 董磊, 刘欣悦.  基于T 型稀疏发射阵列的傅里叶望远镜 . 红外与激光工程, 2014, 43(1): 190-194.
    [18] 郭杰, 张小雷, 段剑金, 郝瑞亭, 许林.  InAs/GaSb 超晶格中波红外二极管的IV 特性研究 . 红外与激光工程, 2014, 43(7): 2116-2119.
    [19] 李圣昆, 郑永秋, 安盼龙, 李小枫, 陈浩, 焦新泉, 刘俊, 闫树斌.  T型反馈网络在谐振式光纤陀螺频率锁定中的应用 . 红外与激光工程, 2014, 43(4): 1162-1166.
    [20] 汪剑波, 王佳欢, 陈新邑, 陈桂波, 孙贯成, 卢俊.  圆型厚屏频率选择表面的特性研究 . 红外与激光工程, 2013, 42(6): 1463-1466.
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-02-05
  • 修回日期:  2016-03-07
  • 刊出日期:  2016-07-25

最大振荡频率640 GHz的70 nm栅长InAs PHEMTs器件

doi: 10.3788/IRLA201645.0720004
    作者简介:

    张立森(1985-),男,工程师,博士,主要从事太赫兹固态电子器件方面的研究。Email:zhls1209@163.com

    通讯作者: 冯志红(1973-),男,研究员,博士生导师,博士,主要从事宽禁带半导体与太赫兹固态电子器件方面的研究。Email:ga917vv@163.com
  • 中图分类号: TN323+.2

摘要: 由于高的电子迁移率和二维电子气浓度,InP基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMTs)器件成为制作太赫兹器件最有前途的三端器件之一。为提高器件的工作频率,采用InAs复合沟道,使得二维电子气的电子迁移率达到13000 cm2/(Vs)。成功研制出70 nm栅长的InP基赝配高电子迁移率晶体管,器件采用双指,总栅宽为30 m,源漏间距为2 m。为降低器件的寄生电容,设计T型栅的栅根高度达到210 nm。器件的最大漏端电流为1440 mA/mm (VGS=0.4 V),最大峰值跨导为2230 mS/mm。截止频率fT和最大振荡频率fmax分别为280 GHz和640 GHz。这些性能显示该器件适于毫米波和太赫兹波应用。

English Abstract

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