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具有高约翰逊品质因数
>6 THz·V）的64% AlGaN沟道HFET
| 作者 | Jiahao Chen · Parthasarathy Seshadri · Kenneth Stephenson · Md Abdullah Mamun · Ruixin Bai · Zehuan Wang |
| 期刊 | IEEE Electron Device Letters |
| 出版日期 | 2025年2月 |
| 技术分类 | 功率器件技术 |
| 技术标签 | GaN器件 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 异质结场效应晶体管 AlGaN 金属有机化学气相沉积 跨导 约翰逊品质因数 |
语言:
中文摘要
在这篇快报中，我们报道了一种采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法生长的、具有 Al₀.₈₇Ga₀.₁₃N 势垒层和 Al₀.₆₄Ga₀.₃₆N 沟道层的异质结场效应晶体管（HFET）。对该结构进行传输线模型（TLM）测量，结果显示其方块电阻约为 2000 Ω/□，线性欧姆接触电阻为 4.54 Ω·mm。栅长约为 200 nm、源漏间距为 4 μm 的 HFET 表现出约 40 mS/mm 的峰值跨导和约 0.6 A/mm 的高峰值漏极电流。观察到其电流增益截止频率（fₜ）为 15.7 GHz，功率增益截止频率为 20.4 GHz。该器件的击穿电压为 390 V，得到了 6.1 THz·V 的高约翰逊品质因数（JFOM）。这一 JFOM 值是已报道的 AlₓGa₁₋ₓN 沟道 HFET（x > 0.4）以及其他超宽带隙（UWBG）晶体管中最高的 JFOM 值之一。
English Abstract
In this letter, we report a heterostructure field effect transistor (HFET) with Al0.87Ga0.13N barrier and Al0.64Ga0.36N channel grown by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). TLM measurements of the structure showed a sheet resistance of ~2000~ /sq and linear ohmic contact resistance of 4.54~ mm. A HFET with a gate length of ~200 nm, source-drain spacing of 4~ m showed a peak transconductance of ~40 mS/mm and a high peak drain current of ~0.6 A/mm. A current gain cutoff frequency (f _ T ) of 15.7 GHz and a power gain cutoff frequency of 20.4 GHz was observed. The breakdown voltage of this device is 390 V, yielding a high Johnson’s figure of merit (JFOM) of 6.1 THz V. This JFOM value is one of the highest reported JFOM values for AlxGa _ 1-{x} N channel HFET (x >0.4) and also for other ultra-wide bandgap (UWBG) transistors.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于高铝组分AlGaN沟道的异质结场效应晶体管（HFET）技术展现出显著的应用潜力。该器件实现了6.1 THz·V的约翰逊品质因数（JFOM），标志着超宽禁带半导体在高频高压领域的重要突破。
对于光伏逆变器和储能变流器等核心产品，该技术的价值主要体现在三个维度：首先，390V的击穿电压配合15.7 GHz的截止频率，为开发更高开关频率的功率器件提供了理论基础，这将直接提升逆变器的功率密度和效率。其次，64%铝组分的AlGaN沟道相比传统GaN具有更宽的禁带宽度（约4.5eV），意味着更优异的高温稳定性和更低的漏电流，这对户外光伏电站和储能系统的长期可靠性至关重要。第三，0.6 A/mm的高峰值电流密度有助于减小芯片面积，降低系统成本。
然而，技术成熟度方面仍存在挑战。当前2000 Ω/sq的薄层电阻和4.54 Ω·mm的接触电阻虽已达到可用水平，但相比成熟的SiC和GaN器件仍有优化空间。MOCVD生长高铝组分材料的工艺复杂度和成本也是产业化的关键制约因素。此外，从实验室200nm栅长器件到量产级产品，在热管理、封装技术和长期可靠性验证方面还需要大量工程化工作。
建议阳光电源密切跟踪该技术路线，特别关注其在1500V及以上高压光伏系统、高功率密度储能PCS以及电动汽车800V快充等场景的应用可能性，适时开展前瞻性技术储备和产学研合作。