GaN工艺器件及制备流程介绍的分析
氮化镓HEMT器件具有独特的宽禁带特性，非常适合射频和高功率应用。在毫米波频段，氮化镓材料的特性使大功率、高效率功放成为可能，氮化镓功率放大器单片微波集成电路(MMIC)是目前研究的热点，而工艺的好坏直接决定了设计的上限，因此设计初期必须对工艺的性能进行仔细分析。
本文详细介绍了氮化镓基工艺的工作机理，然后介绍了所选用的工艺并对重要参数进行测试表征，为整体电路的框架设计提供了初始参考。
GaN HEMT结构：氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)是三端器件，分别为栅极(Gate)、漏极Drain)和源极(Source)，生长在半绝缘的SiC底上，一般还包括成核层、缓冲层、插入层、势垒层和钟化层等结构。GaN HEMT 剖面示意图如图1所示。
源、漏两级通过高温退火工艺使其欧姆接触阻值减小，电荷可以在形成的通路间定向移动。栅极则作为控制端，可以改变HEMT器件的通断状态以及输出电流的幅度。
用作GaN HEMT器件衬底的材料主要分为Si和SiC，通常也以此划分GaN功率MMIC工艺类别。Si基材料工艺成熟，制造成本相对较低，但是和GaN材料间存在较为严重的晶格失配和热失配，且热导率不好，难以满足HEMT器件在大功率工作环境下的散热问题。
SiC是目前的主流衬底材料，具有很好的散热特性，和GaN的晶格失配、热膨胀失配小，热损小，可以使功率器件效率提高，但是相比于Si基材料制造成本较高。
尽管Sic与GaN间失配小，但不能忽略，必须引入AIN形核层消除其晶格应变。AIGaN势垒层和GaN沟道之间的薄AIN插入层可以降低沟道导通电阻，并且由于合金散射的减少以及 AIGaN/GaN界面处较大的导带不连续性导致片电荷增加可以提高HEMT的电子迁移率。
SiN钟化层可以有效避免电流崩塌对器件造成的损坏。
本文使用的HEMT器件剖面图示例如图2所示，该结构通过有机化学沉淀的形式按照工艺顺序生长在半绝缘的碳化硅衬底上。
器件的栅长直接决定了其工作频率特性，0.15um栅长工艺的适用频率范围可以满足本文Ka 波段的设计。
直流特性是HEMT器件的基础，也是功率MMIC设计的前提。通过器件的直流特性曲线，可以表征其输出功率的能力、电流对输入的响应以及工作的闯值等特性。本文选取4x50um的 HEMT器件进行了基本的直流特性仿真，仿真原理图如图3所示。
NP15工艺提供了内源型ISV和外源型OSV两种HEMT器件，两种类型输出特性接近，在布版时需要根据整体电路布局灵活选择。
在ADS中调用FET CurveTracer直流扫描模板，将漏压扫描范围设置为0到30V，步进为0.5V，栅压扫描范围设置为-3.5到+1V，步进为1V，分别对两种管芯进行直流扫描。得到管芯I-V特性曲线如图4所示。
通过计算可以得出器件单位栅宽的漏极输出电流。可以看到进入饱和区之后随着漏极偏置电压的进一步增大，输出电流有较明显的衰减，这是由于晶体管的自热效应造成的。
根据上一章中对功率放大器分类和静态工作点的介绍，结合厂商提供的模型手册中的建议，将管芯的静态工作点选定为漏压偏置28V，栅压偏置-1.5V使放大器工作在AB类，便于同时满足本文对放大器输出功率和功率附加效率的指标要求。HEMT 器件的转移曲线如图5所示。
在漏极偏置点压固定为28V的测试条件下，得到了漏极电流Ids、跨导Gm随栅极偏置电压的变化曲线。通过Id-Vg曲线可以看出，HEMT器件的工作值电压为-2.0V，并且漏极电流密度随栅压增大不断增大。
跨导可以表示栅极对沟道电流的控制能力，由Gm-Vg曲线得出器件的最大跨导为390mS/mm，此时对应的栅压为-1.5V。
#把地球的故事讲给宇宙#
