九峰山實(shí)驗室著(zhù)力破解太赫茲器件頻率瓶頸

  ICC訊 2023年11月，九峰山實(shí)驗室基于氮化鎵(GaN)材料的太赫茲肖特基二極管(SBD)研制成功。經(jīng)驗證，該器件性能已達到國際前沿水平。肖特基二極管(SBD)技術(shù)是太赫茲領(lǐng)域應用廣泛的核心技術(shù)，此項成果打破了制約氮化鎵SBD器件頻率提升的行業(yè)瓶頸，為實(shí)現高頻、高效的倍頻電路，以及小型化、輕量化的太赫茲源奠定重要器件基礎。

  九峰山實(shí)驗室6英寸GaN SBD Wafer及結構

  面向未來(lái) 開(kāi)發(fā)太赫茲核心技術(shù)

  太赫茲技術(shù)具有分辨率高、方向性強、信息量大、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。肖特基二極管(SBD)則是太赫茲領(lǐng)域非常重要的一類(lèi)器件，它具有強電容非線(xiàn)性，可以對輸入信號頻率生成高次諧波，倍頻輸出太赫茲(THz)信號。而氮化鎵(GaN)的材料特性能使此類(lèi)器件具有高頻、高功率、低損耗等優(yōu)點(diǎn)，因此氮化鎵肖特基二極管(GaN SBD)被認為是實(shí)現全固態(tài)、小型化及輕量化太赫茲源的核心器件。

  突破瓶頸 器件性能達國際前沿水平

  傳統的氮化鎵肖特基二極管存在串聯(lián)電阻大、寄生電容高的問(wèn)題，嚴重制約了器件頻率的提升。面對挑戰，九峰山實(shí)驗室研究中心無(wú)線(xiàn)技術(shù)組，在分析制約器件頻率特性提升的關(guān)鍵因素后，從材料和器件兩方面入手進(jìn)行設計。

  通過(guò)開(kāi)發(fā)具有強極化超薄勢壘的GaN異質(zhì)結構，二維電子氣的面密度和遷移率顯著(zhù)提升、材料電阻明顯降低;同時(shí)低寄生肖特基結結構則有效降低了開(kāi)啟電壓、減小寄生電容，使器件頻率特性進(jìn)一步提升。

  在器件制備流程方面，團隊開(kāi)發(fā)了高精度光刻及低損傷刻蝕技術(shù)，連續攻克了絕緣襯底GaN小尺寸器件的光刻曝光精度差、套刻容差大、刻蝕損傷大等多項關(guān)鍵工藝問(wèn)題;并制定和實(shí)施了全套微觀(guān)表征及電學(xué)特性測試方案。

  最終測試結果表明，該器件零偏時(shí)結電容最小僅為6fF，最大截止頻率超過(guò)1.5THz，處于國內領(lǐng)先及國際先進(jìn)水平。

  團隊介紹

  吳暢博士

  九峰山實(shí)驗室研究中心無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域首席專(zhuān)家

  華中科技大學(xué)集成電路學(xué)院兼職教授

  湖北省電子信息標準化技術(shù)委員會(huì )委員

  曾先后主持或參與多個(gè)國家級及省部級重點(diǎn)研發(fā)項目，帶領(lǐng)團隊專(zhuān)注創(chuàng )新性毫米波、太赫茲及微波光子學(xué)器件基礎研究，從物理基礎、器件工藝和模型出發(fā)，重點(diǎn)突破新型三維柵結構、強極化勢壘、高魯棒性器件模型等關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。這些核心器件的基礎研究為面向未來(lái)更高頻率、更大帶寬和更低功耗等通信傳輸需求提供了重要的技術(shù)保障。