九峰山實驗室著力破解太赫茲器件頻率瓶頸

  ICC訊 2023年11月，九峰山實驗室基于氮化鎵(GaN)材料的太赫茲肖特基二極管(SBD)研制成功。經驗證，該器件性能已達到國際前沿水平。肖特基二極管(SBD)技術是太赫茲領域應用廣泛的核心技術，此項成果打破了制約氮化鎵SBD器件頻率提升的行業(yè)瓶頸，為實現(xiàn)高頻、高效的倍頻電路，以及小型化、輕量化的太赫茲源奠定重要器件基礎。

  九峰山實驗室6英寸GaN SBD Wafer及結構

  面向未來 開發(fā)太赫茲核心技術

  太赫茲技術具有分辨率高、方向性強、信息量大、安全性好等優(yōu)點。肖特基二極管(SBD)則是太赫茲領域非常重要的一類器件，它具有強電容非線性，可以對輸入信號頻率生成高次諧波，倍頻輸出太赫茲(THz)信號。而氮化鎵(GaN)的材料特性能使此類器件具有高頻、高功率、低損耗等優(yōu)點，因此氮化鎵肖特基二極管(GaN SBD)被認為是實現(xiàn)全固態(tài)、小型化及輕量化太赫茲源的核心器件。

  突破瓶頸 器件性能達國際前沿水平

  傳統(tǒng)的氮化鎵肖特基二極管存在串聯(lián)電阻大、寄生電容高的問題，嚴重制約了器件頻率的提升。面對挑戰(zhàn)，九峰山實驗室研究中心無線技術組，在分析制約器件頻率特性提升的關鍵因素后，從材料和器件兩方面入手進行設計。

  通過開發(fā)具有強極化超薄勢壘的GaN異質結構，二維電子氣的面密度和遷移率顯著提升、材料電阻明顯降低;同時低寄生肖特基結結構則有效降低了開啟電壓、減小寄生電容，使器件頻率特性進一步提升。

  在器件制備流程方面，團隊開發(fā)了高精度光刻及低損傷刻蝕技術，連續(xù)攻克了絕緣襯底GaN小尺寸器件的光刻曝光精度差、套刻容差大、刻蝕損傷大等多項關鍵工藝問題;并制定和實施了全套微觀表征及電學特性測試方案。

  最終測試結果表明，該器件零偏時結電容最小僅為6fF，最大截止頻率超過1.5THz，處于國內領先及國際先進水平。

  團隊介紹

  吳暢博士

  九峰山實驗室研究中心無線領域首席專家

  華中科技大學集成電路學院兼職教授

  湖北省電子信息標準化技術委員會委員

  曾先后主持或參與多個國家級及省部級重點研發(fā)項目，帶領團隊專注創(chuàng)新性毫米波、太赫茲及微波光子學器件基礎研究，從物理基礎、器件工藝和模型出發(fā)，重點突破新型三維柵結構、強極化勢壘、高魯棒性器件模型等關鍵技術難點。這些核心器件的基礎研究為面向未來更高頻率、更大帶寬和更低功耗等通信傳輸需求提供了重要的技術保障。