【器件论文】在超微缩 AlN/β-Ga₂O₃ 高电子迁移率晶体管中缓解短沟道效应

        由印度比尔拉理工学院皮拉尼校区的研究团队在学术期刊 IEEE Transactions on Device and Materials Reliability 发布了一篇名为 Mitigation of short-channel effects in ultra-scaled AlN/β-Ga₂O₃ high electron mobility transistors（在超微缩 AlN/β-Ga₂O₃ 高电子迁移率晶体管中缓解短沟道效应）的文章。

摘要

        近年来，氧化镓（Ga₂O₃）在电力电子领域引起了极大的兴趣，这主要归功于其优异的品质因数（FOM）值，这主要得益于其近 5 eV 的宽带隙。许多不同的基于 Ga₂O₃ 的场效应晶体管（FETs）已被实现，且文献中也提出了多种器件。在这些器件中，高电子迁移率晶体管（HEMTs）在实现 Ga₂O₃ 的高功率射频（RF）能力方面具有特别的优势，因为它们通常表现出更高的面载流子密度（ns）和有效迁移率（μ_eff）值。在提出的结构中，AlN/β-Ga₂O₃ 极性 HEMT 是最有前景的一种，模拟结果表明其 ns 值可达 10¹³ cm⁻² 量级，且 RF 参数值优异。在本研究中，该团队对一种 AlN/β-Ga₂O₃ 极性 HEMT 进行了概念验证模拟，其栅极长度（L_G）为 50 nm，以最大限度地提高 RF 性能，目的是对该器件的性能进行基准测试并探索其设计空间。该团队注意到亚阈值特性较差，并旨在在不显著影响 RF 性能的情况下，改善亚阈值斜率（SS）、通断电流比（I_ON/I_OFF）和漏极诱导势垒降低（DIBL）系数。为此，该团队实施了 (Al_xGa_1−x)₂O₃ 背阻挡层，以改善载流子限制并减轻截止状态漏电流。对于具有背阻挡层的优化结构，SS 和 DIBL 值分别为 122 mV/dec 和 87 mV/V，通断比（I_ON/I_OFF）为 10⁶−10⁷ 量级。虽然背阻挡层的实施最初提高了截止频率（f_t）和最大振荡频率（f_max）的值，但具有最佳亚阈值性能的优化结构却分别表现出较低的 f_t 和 f_max 值，分别为 66.3 GHz 和 74.8 GHz，尽管这些值仍优于实验实现的基于 Ga₂O₃ 的平面 FETs 所报道的最高值。 这些结果证明了开发 AlN/β−Ga₂O₃ 极性 HEMT 作为可靠的高性能射频（RF）器件的必要性，同时，其改进的亚阈值特性也提高了这些器件在生物传感器中的应用价值。

原文链接：

https://doi.org/10.1109/TDMR.2026.3723461