乐鱼app官方网站-九峰山实验室着力破解太赫兹器件频率瓶颈

发布者:乐鱼app官方网站 发布时间:2024-01-30

来源:湖北九峰山实验室

2023年11月,九峰山实验室基于氮化镓(GaN)材料的太赫兹肖特基二极管(SBD)研制成功。经验证,该器件性能已达到国际前沿水平。肖特基二极管(SBD)技术是太赫兹领域应用广泛的核心技术,此项成果打破了制约氮化镓SBD器件频率提升的行业瓶颈,为实现高频、高效的倍频电路,以及小型化、轻量化的太赫兹源奠定重要器件基础。

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九峰山实验室6英寸GaN SBD Wafer及结构

面向未来开发太赫兹核心技术

太赫兹技术具有分辨率高、方向性强、信息量大、安全性好等优点。肖特基二极管(SBD)则是太赫兹领域非常重要的一类器件,它具有强电容非线性,可以对输入信号频率生成高次谐波,倍频输出太赫兹(THz)信号。而氮化镓(GaN)的材料特性能使此类器件具有高频、高功率、低损耗等优点,因此氮化镓肖特基二极管(GaN SBD)被认为是实现全固态、小型化及轻量化太赫兹源的核心器件。

突破瓶颈器件性能达国际前沿水平

传统的氮化镓肖特基二极管存在串联电阻大、寄生电容高的问题,严重制约了器件频率的提升。面对挑战,九峰山实验室研究中心无线技术组,在分析制约器件频率特性提升的关键因素后,从材料和器件两方面入手进行设计。通过开发具有强极化超薄势垒的GaN异质结构,二维电子气的面密度和迁移率显著提升、材料电阻明显降低;同时低寄生肖特基结结构则有效降低了开启电压、减小寄生电容,使器件频率特性进一步提升。

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仿真结果在器件制备流程方面,团队开发了高精度光刻及低损伤刻蚀技术,连续攻克了绝缘衬底GaN小尺寸器件的光刻曝光精度差、套刻容差大、刻蚀损伤大等多项关键工艺问题;并制定和实施了全套微观表征及电学特性测试方案。最终测试结果表明,该器件零偏时结电容最小仅为6fF,最大截止频率超过1.5THz,处于国内领先及国际先进水平。

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氮化镓SBD器件性能对比图

团队介绍

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吴畅博士

九峰山实验室研究中心无线领域首席专家

华中科技大学集成电路学院兼职教授

湖北省电子信息标准化技术委员会委员

曾先后主持或参与多个国家级及省部级重点研发项目,带领团队专注创新性毫米波、太赫兹及微波光子学器件基础研究,从物理基础、器件工艺和模型出发,重点突破新型三维栅结构、强极化势垒、高鲁棒性器件模型等关键技术难点。这些核心器件的基础研究为面向未来更高频率、更大带宽和更低功耗等通信传输需求提供了重要的技术保障。