推进InGaAs MOSFET的发展

与HEMT相比，InGaAs MOSFET更易于生产，对极高频应用而言是有力候选

台湾研究人员开发出了反转模式InGaAs MOSFET，据称其跨导和截止频率(fT)都很出色。

国立阳明交通大学团队的研究应该有助于开发亚毫米波源，亚毫米波源可用于下一代无线通信网络和高分辨率成像系统。研究人员表示，基于GaA和InP的HEMT可用于射频应用，对这些器件来说，他们的晶体管是有吸引力的替代品，但在规模化方面具有挑战性，而且要生长异质结构，还需要复杂的外延工艺。

据称III-V MOSFET可以解决这个问题，采用InGaAs量子阱的MOSFET可产生令人印象深刻的结果，包括370 GHz的ft和400 GHz的最大截止频率(fmax)。团队发言人Jing-Yuan Wu说道，“[但是]在我看来，量子阱器件的外延结构和制造工艺都很复杂。”他指出，反转模式器件具有表面沟道，结构更简单，且可利用CMOS兼容工艺来制造。

虽然量子阱器件的性能略高于Wu及其同事生产的MOSFET，但后者据称商业价值更高，成本更低，且易于片上系统集成，未来这些将是有前途的特质。

台湾团队开始生产晶体管，将3英寸InP衬底装入MBE反应器，并沉积无意掺杂InAlAs的缓冲层，厚度为100 nm（旨在减少信号损失），以及掺杂In0.53Ga0.47As的浅p型沟道，厚度为50 nm。

为了用这些外延片生产器件，研究人员用稀释的HCl去除了原生氧化物，利用原子层沉积(ALD)添加了10 nm Al2O3罩，来保护In0.53Ga0.47As表面，并使用光刻法定义有源区域。随后，研究人员利用硅注入和快速热退火，添加了源极区域和漏极区域，然后应用稀释的HF去除Al2O3罩，使用ALD添加AlN界面钝化层和Al2O3栅极电介质，最后在此结构中引入接通电。

Wu及其同事比较了一些器件的性能，这些器件的栅极长度范围为75 nm至400 nm。跟预期一样，漏极电流随栅极长度增长而升高，在栅极长度范围内增加了三倍，栅极和漏极偏压为1.0V时，漏极电流达到峰值816 mA/mmm。

漏极-源极电压为0.7V时，栅极最短的晶体管达到跨导峰值1035 mS mm-1。研究团队使用0.7 V的漏源电压和0.2 V的栅源电压，结合外推法与小信号模型，确定ft和fmax的值分别为275 GHz和75 GHz。

Wu表示，fmax值低是因为TiN栅层叠的电阻非常高。“为了提高fmax值，我们将尝试引入一种电阻低的金基合金。”

该团队晶体管的fT值随栅极长度缩短而升高。根据TCAD模拟，栅极长度为15 nm时，该晶体管的fT值可达到529 GHz。

对ft和栅极长度产生的指标进行基准测试，表明与硅及其他InGaAs MOSFET相比，这一研究团队的器件性能更优。

Wu及其同事认为，之所以存在这种优势，是因为In0.53Ga0.47As沟道具备优异的载流子传输特性。在In0.53Ga0.47As沟道中，电子速度为2.88 x 107 cm s-1。

该研究团队表示，研究结果表明，未来InGaAs MOSFET在毫米波和亚太赫兹应用中有着巨大潜力。

参考文献

J.-Y. Wu et al. Appl. Phys. Express 16 041007 (2023)