太赫兹科学与电子信息学报, 2018, 16 (1): 17, 网络出版: 2018-07-24   

电子束实现 210 nm栅长 115 GHz GaAs基 mHEMT器件

210nm T-gates of GaAs-based HEMT with fmax=115 GHz by one-step E-beam lithography approach
曾建平 1,2,*安宁 1,2李志强 1,2李倩 1,2唐海林 1,2刘海涛 1,2梁毅 1,2
作者单位
1 中国工程物理研究院 a.电子工程研究所,四川绵阳 621999
2 b.微系统与太赫兹研究中心,四川成都 610299
摘要
为了获得 T型栅应变高电子迁移率晶体管( mHEMT)器件,利用电子束(Electron beam, E-beam)光刻技术制备了 210 nm栅长,减小 mHEMT器件栅极的寄生电容和寄生电阻。采用 PMMA A4/ PMMA-MMA/PMMA A2三层胶电子束直写的方法定义了 210 nm栅长T型栅极。 InAlAs/ InGaAs异质结 GaAs-mHEMT器件的直流特性和高频特性分别通过 Agilent B1500半导体参数分析仪和 Agilent 360 B矢量网络分析仪测试。直流测试结果显示, 210 nm栅长InAlAs/InGaAs沟道GaAs-mHEMT单指器件的最大有效输出跨导( gm:max)为195 mS/mm,器件最大沟道电流 160 mA/mm。射频测试结果显示,电流增益截至频率( fT)和最高振荡频率( fmax)分别为 46 GHz和115 GHz。同时欧姆电极特性和栅极漏电特性也被表征,其中栅极最大饱和漏电流密度小于 1×10-8 A/μm。
Abstract
Abstract:A conventional tri-layer resist structure which consists of PMMA A4/PMMA-MMA/PMMA A2 is adopted to pattern the 210 nm T-gate resist profile in a single lithographic step and a single development step,in order to fabricate the T-shaped gate InAlAs/InGaAs metamorphic High Electron Mobility Transistors(mHEMTs) on a GaAs substrate. The DC and microwave performance of the device are characterized on wafer by an Agilent B1500 semiconductor parameter analyzer and an Agilent 360 B Vector Network Analyzer under room temperature,respectively. The mHEMT device shows the DC output characteristics having an extrinsic maximum transconductance g m:max of 195 mS/mm and the full channel current of 160 mA/mm. The cut-off frequency f T and the maximum oscillation frequency f max for the mHEMT device with gate width of 50 μm are 46 GHz and 115 GHz,respectively. Meanwhile,work has also been carried out to determine the quality of the Ti/Pt/Au Schottky contact to InAlAs with remarkably small gate leakage current in the order of 1×10-8 A/μm,which is extremely useful for the reduction of shot noise and the LNA applications.

曾建平, 安宁, 李志强, 李倩, 唐海林, 刘海涛, 梁毅. 电子束实现 210 nm栅长 115 GHz GaAs基 mHEMT器件[J]. 太赫兹科学与电子信息学报, 2018, 16(1): 17. ZENG Jianping, AN Ning, LI Zhiqiang, LI Qian, TANG Hailin, LIU Haitao, LIANG Yi. 210nm T-gates of GaAs-based HEMT with fmax=115 GHz by one-step E-beam lithography approach[J]. Journal of terahertz science and electronic information technology, 2018, 16(1): 17.

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