科學：團隊推出矽上氮化鎵，用於可擴展的高電子遷移率電晶體！
伊利諾伊大學厄本那 - 香檳分校的一組研究人員通過優化構成器件的半導體層的成分，推進了氮化鎵（GaN） - 矽電晶體技術。該團隊與行業合作夥伴Veeco和IBM合作，在200 mm矽基板上創建了高電子遷移率電晶體（HEMT）結構，其工藝可擴展至更大的行業標準晶圓尺寸。
Canram是電氣和計算機工程（ECE）的助理教授，他的團隊在矽平臺上創建了GaN HEMT結構，因為它與現有的CMOS製造工藝兼容，並且比其他基板選項（如藍寶石和碳化矽）便宜。
然而，矽確實面臨挑戰。即，晶格常數或矽原子之間的空間與在其頂部生長的GaN的原子結構不匹配。
「當你在頂部生長GaN時，層之間存在很大的應變，因此我們在矽和GaN之間生長緩衝層以幫助將晶格常數改變為合適的尺寸，」ECE本科生研究員Josh Perozek解釋說。該小組論文的作者，「在200mm Si（111）襯底上研究AlGaN / GaN高電子遷移率電晶體結構的結構，光學和電學特性。
沒有這些緩衝層，將在GaN材料中形成裂縫或其他缺陷，這將阻止電晶體正常工作。具體地說，這些缺陷 - 穿透位錯或空穴應該破壞器件中二維電子氣通道的特性。該通道對於HEMT在高頻下傳導電流和功能的能力至關重要。
「這些GaN [HEMT]器件最重要的一點就是具有高2D電子氣體濃度，」Bayram說，關於矽與其上方各種GaN基層之間界面處的溝道中電子的積累。
「問題是你必須控制所有這些層之間的應變平衡 - 從基板一直到通道 - 以便最大化導電電子的密度，以便獲得具有最高功率的最快電晶體密度。
在研究了三種不同的緩衝層配置後，Bayram的團隊發現由漸變AlGaN製成的較厚緩衝層可減少穿透位錯，並且堆疊這些層可減少應力。通過這種配置，該團隊實現了1,800 cm2 / V-sec的電子遷移率。
「GaN層的應變越小，移動性越高，最終對應於更高的電晶體工作頻率，」ECE研究生研究員Hsuan-Ping Lee表示，他們領導這些器件針對5G應用的擴展。
根據Bayram的說法，他的團隊的下一步是在矽平臺上製造功能齊全的高頻GaN HEMT，用於5G無線數據網絡。
在全面部署後，5G網絡將為全球80億部手機提供更快的數據速率，並為物聯網（IoT）設備和無人駕駛汽車提供更好的連接和性能。