高電子遷移率電晶體之製造及其特性

Abstract

高電子遷移率電晶體(High Electron Mobility Transistor),乃一極具研究價值之高 速元件。由於其特殊之調變參雜(Modulation Doped)異質接面結構, 在正常操作情形 下, 此一接面附近形成一極薄( 約100A) 之二維電子雲。由於此一二維電子雲所在之 低能帶材料( 砷化鎵 )無參雜雜質, 在此電晶體內負責傳導之載子( 二維電子雲 )幾 乎不受雜質散射之影響, 其遷移率(Mobility)以及漂流速度(Drift Velocity)相對於 傳統均勻參雜雜質之金半場效電晶體(MESFET)有大幅度之提升, 因而有更高之轉換互 導(Transconductance)及更高之截止工作頻率(Cut-off Frequency)。 在需求高速操 作之領域, 如高速運算以及微波通訊等方面有其極重要之地位。 我們利用分子束磊晶的技術成功地制造了具有優良特性的砷化鎵/ 砷化鋁鎵單–異質 接面高電子遷移率電晶體(HEMT)。對一柵極長度(Gate Length) 為2 微米(um)之單一 元件, 其轉換互導高達120mS/mm。在此一論文中, 我們描述了高電子遷移率電晶體之 設計及制造方法并且量測了它的一些電性, 其中包括了異質接面二維電子雲之電子遷 移率、平面載子濃度, 以及制成之元件的汲極電流對柵極電壓特性。我們也比較了由 二種不同元件絕離方式( 蝕刻絕離及離子植入絕離 )得到之元件的特性。除此之外, 我們針對電子遷移率電晶體中之背柵效應(Backgating Effect) 作了一番研究, 嘗試 探討此一效應發生的機制。由實驗發現, 背柵效應的發生和柵極之間有極密切的關連 。