磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵對稱型平面摻雜場效電晶體研究

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林央正(Iang-Jeng Lin) 查詢紙本館藏

畢業系所

光電科學與工程學系

論文名稱

磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵對稱型平面摻雜場效電晶體研究
(The Study of InAlGaP/GaAs/InGaAs dual delta-doped FET)

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摘要(中)

本論文係採用低壓有機金屬氣相沉積法成長平面摻雜之磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵假晶性場效電晶體；在通道層(In0.3Ga0.7As)上方及下方對稱處的成長平面摻雜之結構；並利用如此設計的目的是為了讓更多的電子能被導入通道層中，以觀察該元件結構是否能供應較大的電流密度；以此設計出一高功率的元件，外加光源對元件所造成的影響等，並觀察元件的互導值是否提昇，這些都是在論文中所要探討的。
在本論文中，首先我們藉由室溫(300K)霍爾量測來量得試片的面電荷密度值為3.36×10 12(cm-2)及電子移動率值為3200(cm2/V-s)；低溫(77K)量測面電荷密度為2.76×1012(cm-2)及電子移動率值為6970(cm2/V-s)，我們便利用半導體製程技術,來製作對稱型平面摻雜場效電晶體元件，並做直流特性的量測。
其次，藉由製程實驗，並利用傳輸線模型（TLM），經蒸鍍金鍺鎳卅金後，發現溫度於365℃，時間為85秒，可得較佳的歐姆接觸特性，其特徵接觸電阻值為5X10-5(-cm2)。
元件的直流特性量測方面，我們從電流電壓（IDS-VDS）特性曲線中，發現元件在VDS=3.6V，VGS=0.5V時，可得到最大互導值為153mS/mm；而元件的夾止(pinch off)電壓為-2.5V；閘極到汲極的崩潰電壓大於-10V。
而且，我們以功率為0.1mW之0.6328、0.8230、1.324nm三種波長的雷射來對元件照光，並觀察元件特性改變。發現其最大互導值並無明顯改變，證明以磷化銦鋁鎵此高能隙材料當作蕭特基接觸層，使其元件在照光特性的量測上，對光源具有較低的敏感度。
最後，利用HP-8510C高頻量測系統，量測出功率增益截止頻率fmax為25GHz，功率增益截止頻率ft為6GHz，適用於現今通信系統中的功率電晶體之操作範圍。我們並藉由微波電路模擬軟體(MDS)建立小訊號模型，以利於將來模擬微波積體電路設計之用。並且針對雜訊指數進行量測，發現元件在操作頻率為2GHz時，其最小雜訊指數(Fmin)為4.8dB，而相對應的伴隨增益功率(Ga)為12dB。

關鍵字(中)

★ 磷化銦鋁鎵
★ 平面摻雜
★ 有機金屬氣相沉積
★ 高頻
★ 電晶體
★ 雜訊
★ 微波
★ 砷化鎵

關鍵字(英)

★ INALGAP
★ delta doped
★ MOCVD
★ high frequency
★ transistor
★ noise
★ microwave
★ GAAS

論文目次

【目錄】
論文摘要...................................................1
目錄...................................................3
圖目...................................................5
表目...................................................7
第一章緒論.............................................8
第二章磊晶結構設計、平面摻雜場效電晶體的操作原理 ........12
2-1磊晶結構設計.................................12
2-2磊晶結構成長條件.............................13
2-3對稱型平面摻雜場效電晶體的操作原理...........15
第三章對稱型平面摻雜場效電晶體元件的製程 ................16
3-1高臺蝕刻.....................................16
3-2汲極與源極歐姆接觸之製作 ....................18
3-3閘極蕭特基接觸之製作 ........................20
第四章元件的直流特性量測、分析與討論.....................22
4-1霍爾特性的量測...............................22
4-2特徵電阻的量測...............................23
4-3對稱型平面場效電晶體電流-電壓特性
曲線量測 ....................................24
4-4互導值之量測.................................25
4-5閘極-源極電流與閘極-源極電壓的量測...........27
4-6照光後的元件特性.............................27
4-7照光對元件影響機制之討論.....................30
第五章元件微波特性量測、分析與討論.......................31
5-1 雙埠網路 ....................................31
5-2 小訊號模型之建立.............................33
5-3 功率增益截止頻率與電流增益截止頻率 ..........35
5-4 高頻雜訊量測與分析 ..........................36
第六章結論 ..............................................38
參考文獻 ..................................................40
【圖目】
圖2-1 對稱型平面摻雜場效電晶體的磊晶結構..................44
圖3-1 元件完成示意圖......................................45
圖4-1 傳輸線模型(TLM)完成結構示意圖.......................46
圖4-2 經熱處理後，利用TLM所量得的接觸電阻與間距之關係圖....46
圖4-3 對稱型平面摻雜場效電晶體電流-電壓(IDS-VDS)之特性曲線..47
圖4-4 VDS=2.4V時，閘極-源極電壓所對應之臨界電流與互導值
之特性曲線。........................................48
圖4-5 VDS=3.6V時，閘極-源極電壓所對應之臨界電流與互導值
之特性曲線。........................................48
圖4-6 VDS=2.4V時，汲極-源極電流與互導值(IDS-gm)之特性曲線。...49
圖4-7 VDS=3.6V時，汲極-源極電流與互導值(IDS-gm)之特性曲線。...49
圖4-8 閘極-源極電流與閘極-源極電壓(IGS-VGS)之特性曲線.......50
圖4-9 元件的順向開啟電壓 ..................................50
圖4-10 元件受波長為632.8nm雷射照光後，其電流-電壓(IDS-VDS)之特性曲線。..........................................51
圖4-11 元件受波長841nm為雷射照光後，其電流-電壓(IDS-VDS)
之特性曲線。........................................51
圖4-12 元件受波長1324nm為雷射光照光後，其電流-電壓(IDS-VDS)
之特性曲線。........................................52
圖4-13 VDS=3.6V時，元件受波長為632.8nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。..................................52
圖4-14 VDS=3.6V時，元件受波長為841nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。........................................53
圖4-15 VDS=3.6V時，元件受波長為1324nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。....................................53
圖4-16 元件受各種波長之雷射照光後，閘極-源極電流(IGS)與閘極-源極電壓為反向偏壓(VGS=0V~-10V)時之特性曲線。........54
圖4-17 元件受各種波長之雷射照光後，閘極-源極電流(IGS)與閘極-源極電壓為順向偏壓(VGS=0V~1V)時之特性曲線。..........54
圖5-1 雙埠網路示意圖 ......................................55
圖5-2 雙埠網路的入射波與反射波............................55
圖5-3 高頻量測所得到之史密斯圖............................56
圖5-4 小訊號模擬等效電路圖................................57
圖5-5 功率增益截止頻率與電流增益截止頻率..................58
圖5-6~5-9 元件在高頻操作時，於不同偏壓之下的雜訊特性曲線。
.............................................59~60
【表目】
表4-1 室溫(300K)與低溫(77)霍爾量測之結果..................44
表5-1 等效電路模擬參數對照表..............................57

參考文獻

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指導教授

李清庭(Ching-Ting Lee)

審核日期

2000-7-4

推文