具有不同閘極結構化合物半導體高電子遷移率電晶體之高頻參數萃取與元件模型解析

Abstract

本專題旨在針對分別具有以臭氧水氧化技術形成砷化鋁鎵/砷化銦鎵金屬-氧化物-半導體閘極結構及傳統式蕭特基閘極結構之擬晶性高電子遷移率電晶體，進行基本特性分析及高頻元件模型參數萃取比較解析與討論，並期改善元件操作在高電壓、高電場下所造成之漏電流現象，且更進一步研擬出高精準、富含物理意義之RF元件模型。 由於InGaAs通道具有低有效質量、高電子遷移率與高驅動電流之優點，因此近年來常以AlGaAs/InGaAs作為高電子遷移率電晶體(HEMTs)之異質結構材質的基礎，惟因為高銦成分InGaAs通道常伴隨較低的碰撞游離臨界電場(impact ionization threshold field)特性，所以在高電場元件操作中，InGaAs通道易因載子碰撞游離現象產生紐結效應(kink effect)，致使元件產生高閘極漏電流而影響元件特性。為期能有效抑制閘極漏電流，已有許多閘極絕緣技術相繼提出，其中，具有金屬-氧化物-半導體閘極結構之化合物半導體高電子遷移率電晶體的研發技術尤成為近年來國際產學研界之高度研究焦點。因此，本專題研擬藉由Microwave Office電腦輔助設計(CAD)軟體，及經由矩陣運算逐步萃取外質與本質之小訊號元件參數，分別對於具有以臭氧水氧化技術形成砷化鋁鎵/砷化銦鎵金屬-氧化物-半導體閘極結構及傳統式蕭特基閘極結構之擬晶性高電子遷移率電晶體，建構出完整的RF元件模型；並比對元件基本結構差異，針對每一小訊號元件參數，詳細探討其重要物理意義，而所研擬出之高頻元件模型與參數萃取平台亦可直接提供MMIC 設計技術之產業應用。

This work compares fundamental device performance of Al0.24Ga0.76As/In0.2Ga0.8As metal-oxide-semiconductor high electron mobility transistor (MOS-HEMT) by using ozone water technique with respect to an unpassivated conventional device. We’ve successfully established high-frequency device models by using the Microwave Office CAD tool based on the "Cold-FET" theory. Four S-parameter sets have been precisely extracted at the same time to establish the highly accurate and physically meaningful high-frequency model. The results are promisingly useful for the RFIC design technologies.