High-Performance HZO/InAlN/GaN MIS-HEMT with fT/fmax of 155/250 GHz
GAN高电子迁移率晶体管（HEMT）的尺寸缩小通常会增加栅漏电流并恶化击穿特性，限制最大漏电流和输出功率密度。这些瓶颈可以通过在HEMT的栅极下插入电介质材料来规避。掺杂HfO_2是一种优良的电介质材料，但作为高速器件应用的HEMT的栅极材料尚未开发。在这里，我们证明了Zr掺杂HfO 2（HZO）栅InAlN/GAN金属绝缘体半导体（MIS）HEMT表现出显着的性能。栅长为50 nm时，器件的最大漏电流（Id，max）为2.15 A/mm，最大漏电流（gm）为476 mS/mm，开/关电流比为2.15 A/mm（Ion/Ioff）为9.3*107，45 mV/V的低漏致势垒降低（DIBL）。RF特性显示电流增益截止频率（fT）最大振荡频率（fmax）为250 GHz，（fT*fmax）1/2为197 GHz.这些特性，特别是高（fT/fmax）1/2和JFOM，对于毫米波功率应用是非常理想的，显示了HZO/InAlN/GAN MIS-HEMT的巨大技术潜力.
2021-01-24 physics.app-ph
Comprehensive TCAD Simulation Study of High Voltage (>650V) Common Drain Bidirectional AlGaN/GaN HEMTs
本文通过TCAD仿真研究带双场板的单片共漏极双向AlGaN/GaN HEMT，在4μm和6μm栅间距下分别实现675V和915V击穿电压，其中675V器件导通电阻较传统650V方案改善40%。
2024-10-23 physics.app-ph
Impacts of Backside Insulation on the Dynamic On-Resistance of Lateral p-GaN HEMTs-on-Si
本文通过双脉冲测试、长期 DC 偏置应力与 Sentaurus TCAD 仿真，揭示背面绝缘在提升硅基横向 p-GaN HEMT 击穿电压的同时会加剧缓冲陷阱电子俘获并损害动态可靠性。
2024-06-12 physics.app-ph
Gated-Channel Conductivity Modulation by Hole Storage Effect Under Pulsed Conditions in p-GaN Gate Double Channel HEMT
本文通过脉冲测量和瞬态仿真研究了 p-GaN 栅双沟道 HEMT 的高频电导调制，发现空穴存储在 150 ns 内完全建立，并归因于 AlN 插入层的强空穴约束能力和抑制的电子-空穴复合。
2024-12-18 physics.app-ph
Stable Operation of AlGaN/GaN HEMTs at 400$^\circ$C in air for 25 hours
在这封信中，我们报告了AlGaN/GAN HEMT与Pd栅极在空气中的操作在从22 $^\circ$ C到500 $^\circ$ C的宽温度范围内。在整个温度范围内，阈值电压（$V_{th}$）的变化小于1 $\%$。此外，观察到在整个温度范围内出现峰值（$g_m$）的安全偏置区域，从而实现高温模拟电路设计。此外，实验研究了器件在25小时内的操作，证明了在400 $^\circ$ C下DC特性和$V_{th}$的稳定性。最后，在500 $^\circ$ C超过25小时的操作的HEMT的退化机制进行了讨论，并示出与2DEG片密度和迁移率降低。
2019-03-01 physics.app-ph
Reliability comparison of AlGaN/GaN HEMTs with different carbon doping concentration
采用不同应力测试方法研究了Fe和C共掺杂的AlGaN/GAN HEMT在高、低碳掺杂浓度下的可靠性。首先讨论了室温下的直流和脉冲I-V特性，然后比较了不同栅压下的漏阶跃应力测试，最后讨论了不同偏置点下的恒定应力。结果表明，高C HEMT显示出减少的DIBL，更小的漏电流，以及减少的电场，导致在导通状态应力测试期间的鲁棒性提高，相对于参考。恒压应力下的失效模式包括漏电流和漏电流的降低，温度和电场加速了失效模式。
2021-07-21 physics.app-ph
Characterization of GaN-based HEMTs Down to 4.2 K for Cryogenic Applications
通过对GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）在300 ~ 4.2K温度范围内的直流特性和低频噪声特性的研究，系统地分析了GaN基HEMT的低温性能。对器件的重要电学性能，包括漏极饱和电流（IDsat）、导通电阻（RON）、跨导、亚阈值摆幅（SS）、栅漏电流和肖特基势垒高度进行了全面的表征，并对它们的温度依赖行为进行了统计分析。此外，该器件的LFN在10 Hz ~ 10 kHz的测量温度范围内表现出明显的1/f噪声特性，在低温下可显著降低。这些结果对GaN基低温器件和系统的进一步研究具有重要意义。
2022-04-24 physics.app-ph
Degradation mechanism of 0.15 um AlGaN/GaN HEMTs: effects of hot electrons
采用热电子阶跃应力和24 h应力试验研究了Fe和C共掺杂的AlGaN/GAN HEMT器件在高、低碳掺杂浓度下的退化机理。首先总结了室温下直流电和电致发光的特性，然后比较了半导通状态下热电子阶跃应力测试过程中的参量演化，认为热电子激活缓冲层中的陷阱，衰减栅漏接入区的电场，破坏栅接触是器件退化的主要机制，并讨论了恒定应力下的参量演化。
2021-07-21 physics.app-ph
3 kV Monolithic Bidirectional GaN HEMT on Sapphire
本文首次在蓝宝石衬底上实现击穿电压超过3 kV的单片双向GaN HEMT，通过双侧双场板几何优化提升耐压，并验证其在1200V/1700V级功率变换器中的应用潜力。
2024-10-21 physics.app-ph
A Promising Ohmic Contacts Approach for High-Al AlxGa1-xN (x>0.6) Channel HEMTs with AlN/GaN Digital Alloy Channel
University of South Carolina（南卡罗来纳大学）；Texas Instruments Incorporated（德州仪器公司）；Analog Devices Incorporated（亚德诺半导体公司）
本文提出一种新型欧姆接触形成方案，通过低温脉冲MOCVD掺杂n++-GaN再生长层和AlN/GaN短周期超晶格数字合金沟道，实现了对高Al组分AlxGa1-xN沟道HEMT的线性欧姆接触，接触电阻低至~6.5 Ω-mm。
2026-05-22 physics.app-ph
Molybdenum Trioxide Gates for Suppression of Leakage Current in InAlN/GaN HEMTs at 300°C
由于高电子迁移率晶体管（HEMT）在高温工作期间经常表现出显著的栅极泄漏，因此肖特基金属的选择至关重要。增加的栅极泄漏和减小的ON/OFF比不适合于高温电子学和集成电路的设计。研究了耗尽型三氧化钼（MoO ${_3}$）栅InAlN/GaN-on-Si HEMT在空气中的高温特性。在室温下氧化Mo 10周后，HEMT的泄漏与沉积的Mo相比减少了60倍以上。使用MoO ${_3}$作为肖特基栅极材料可实现低栅极泄漏，从而在空气中实现25°C时1.2 x 10 ${^8}$和300°C时1.2 x 10 ${^5}$的高开/关电流比。在400°C下，InAlN/GAN二维电子气（2DEG）沟道的栅极控制丧失且不可恢复。这里，该永久性器件故障归因于由于空气中存在水蒸气而导致的MoO ${_3}$栅极的挥发。使用SiN钝化器件可在高达500°C的温度下工作，但也会增加漏电流。通过Mo氧化抑制栅极泄漏以及由此产生的高开/关比为可行的高温GaN基电子器件铺平了道路，一旦实现适当的钝化，该GaN基电子器件就可以在硅的热极限之外工作。
2019-12-11 physics.app-ph
Investigation of RF performance of Ku-band GaN HEMT device and an in-depth analysis of short channel effects
本文表征0.15 μm AlGaN/GaN HEMT，结合变温实验与Silvaco TCAD仿真分析短沟道效应，并提出凹槽栅结构以抑制SCEs、提升射频性能。
2024-04-09 physics.app-ph
Passivation-Free Ga-Polar AlGaN/GaN Recessed-Gate HEMTs on Sapphire with 2.8 W/mm POUT and 26.8% PAE at 94 GHz
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；KBR（KBR公司）；Air Force Research Laboratory（空军研究实验室）
本文报道了蓝宝石衬底上无钝化Ga极性凹栅AlGaN/GaN HEMT，在94 GHz下实现2.8 W/mm输出功率和26.8% PAE，为蓝宝石衬底Ga极性器件最高值，展示了低成本毫米波功率应用潜力。
2025-10-10 physics.app-ph
Investigation of Ta2O5 as an alternative high \k{appa} dielectric for InAlN/GaN MOS HEMT on Si
我们报告的演示和研究的Ta 2 O 5作为高\k{appa}介质的InAlN/GaN-MOS HEMT-on-Si。在InAlN/GAN HEMT上溅射沉积了厚度为24 nm、介电常数约为30的Ta 2 O 5薄膜，并对不同的沉积后退火条件（PDA）进行了研究。在-15 V下，栅极漏电流为16 nA/mm，与参考HEMT相比低约5个数量级。二维电子气（2DEG）密度被发现随退火温度的变化表明在Ta 2 O 5/InAlN界面处存在净电荷。在电容-电压（C-V）特性的分散被用来估计的频率依赖的界面电荷，而在平带条件下的能带图进行了研究，以估计固定电荷。发现最佳退火条件为500° C，这导致0.4 V的平带电压扩展（VFB）和3.98x10^13 cm-2的界面固定电荷（Qf）。利用X射线光电子能谱学（XPS）分析了Ta_2O_5薄膜沉积态和退火态的Ta和O成分。在500° C下退火的样品显示Ta：O比为0.41。进行XRD（X射线衍射）分析以检查在较高退火温度下Ta 2 O 5膜的多晶化的演变。
2018-06-08 physics.app-ph
Short Term Reliability and Robustness of ultra-thin barrier, 110 nm-gate AlN/GaN HEMTs
110 nm AlN/GAN HEMT的短期可靠性和鲁棒性已经通过关态，半开态和开态阶跃应力测试具有不同的栅漏距离，LGD的设备进行了评估。虽然击穿电压和临界电压的比例几乎与LGD的线性，故障模式几乎保持不变，在所有的测试设备，并包括在栅极泄漏的增加，伴随着阈值电压的正移。在关断状态下，电致发光图像检测局部泄漏路径的存在，其可以充当电子捕获的优先路径。退化不依赖于耗散功率，初步归因于热电子捕获，增强电场。
2021-07-30 physics.app-ph
Performance analysis of InAlN/GaN HEMT and optimization for high frequency applications
本文通过温度相关IV/CV测量、瞬态陷阱表征、解析建模及Silvaco TCAD模拟，分析InAlN/GaN HEMT性能，并提出薄缓冲层上带凹槽的短T栅结构，以抑制短沟道效应，提升截止频率和最大振荡频率，适用于Ku波段。
2023-09-05 physics.app-ph
Reduction of self-heating effects in GaN HEMT via h-BN passivation and lift-off transfer to diamond substrate: a simulation study
该模拟研究提出将h-BN同时用作钝化层和剥离层，将GaN HEMT转移至金刚石衬底，可大幅降低自热效应，显著提升器件热性能、电学特性及可靠性。
2024-01-26 physics.app-ph physics.comp-ph
Gate Leakage Suppression and Breakdown Voltage Enhancement in p-GaN HEMTs using Metal/Graphene Gates
在这项工作中，单层本征和氟化石墨烯被研究作为常关型p-GaN栅极HEMT中的栅极插入层，其围绕栅极的底部形成底部的Ti/graphene/p-GaN和两侧的Ti/graphene/ SiNx。与没有石墨烯的Au/Ti/p-GaN HEMT相比，石墨烯的插入可以将ION/IOFF比提高50倍，将VTH提高0.30 V，并且将关态栅极泄漏降低50倍。此外，这种新型的栅极结构具有更好的热稳定性。在350 °C下热退火后，栅极击穿电压保持在12.1 V，这是肖特基栅极p-GaN HEMT的首次报道。这被认为是肖特基势垒高度增加0.24eV以及Ti/石墨烯/p-GaN和Ti/石墨烯/SiNx界面的更好质量的结果。这种方法在改善常关GAN HEMT的Ion/Iff比和栅极BV方面非常有效。
2019-10-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
UV Detector based on InAlN/GaN-on-Si HEMT Stack with Photo-to-Dark Current Ratio > 107
我们展示了一种基于InAlN/GaN-on-Si HEMT的紫外探测器，其光暗电流比大于107。Ti/Al/Ni/Au金属叠层被蒸发并快速热退火，用于在InAlN/GAN界面处与2D电子气（2DEG）的欧姆接触，同时沟道+势垒被凹陷蚀刻至20 nm的深度以夹断源极-漏极焊盘之间的2DEG。在5 V电压下测量的367 nm处的光谱响应度（SR）为34 A/W，光暗电流比非常高，> 10^7。发现在固定偏压下的光暗电流比随着PD的凹槽长度的增加而减小。所制造的器件被发现表现出紫外-可见光抑制比>103与低暗电流< 32 pA，在5 V的瞬态测量显示上升和下降时间在3-4 ms的范围内。增益机制进行了研究，估计载流子寿命与其他地方报道的匹配良好。
2017-09-12 physics.app-ph
Scaling and High-Frequency Performance of AlN/GaN HEMTs
测量了栅极长度为80-160 nm、宽度为100-300 μm的AlN GAN HEMT的小信号和大信号RF特性。与文献一致，电流增益截止频率和振荡的最大频率被发现与栅极长度和独立的栅极宽度的反比增加。第一次，输出功率和效率在X波段的高端被报道，并且与2 GHz的最佳报道相当，并且对栅极长度或宽度不敏感。这些结果表明，AlN/GAN HEMT可以进一步扩展，以获得更高的频率和更高的功率性能。
2017-07-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Design of a High-Power and High-Efficiency GaN-HEMT VCO Based on an Inverse Class-F Amplifier
本文提出了一种基于反类F放大器的高功率高效率GaN-HEMT VCO，实现了高效率和高输出功率，适用于无线功率传输系统。
2025-12-05 physics.app-ph
A performance comparison between \b{eta}-Ga2O3 and GaN High Electron Mobility Transistors
在这封信中，我们报告的定量估计的各种指标的性能为\b{eta} -Ga 2 O 3为基础的高电子迁移率晶体管（HEMT）的射频（RF）和功率应用，并比较它们与III族氮化物器件。研究发现，尽管截止频率较低，但\b{eta} -Ga 2 O3 HEMT在低频区仍能提供比GaN-HEMT更高的RF输出功率，尽管较差的热导率会限制热耗散。另一方面，低得多的电子迁移率将在效率和损耗方面限制DC开关性能，尽管它们的阻断电压可以比GAN高得多。
2018-02-07 physics.app-ph
Improved Gate Reliability of p-GaN Gate HEMTs by Gate Doping Engineering
提出了一种新型的p型GaN栅HEMT结构，通过MOCVD掺杂技术降低了肖特基界面附近的空穴浓度，降低了栅上的电场。通过采用额外的非故意掺杂的GAN层，栅极漏电流被抑制，并且栅极击穿电压从10.6 V提升到14.6 V，对阈值电压和导通电阻的影响可以忽略不计。随时间变化的栅极击穿测量显示，最大栅极驱动电压从6.2增加到10.6 V的10年寿命与1%的栅极故障率。该方法有效地扩展了p-GaN栅极HEMT的工作电压裕度，而无需任何其他额外的工艺步骤。
2021-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
OFF-state trapping phenomena in GaN HEMTs: interplay between gate trapping, acceptor ionization and positive charge redistribution
本文对AlGaN/GAN高电子迁移率晶体管（HEMT）中由漏极偏置应力引起的陷阱效应进行了深入的分析。我们证明：（i）随着漏极应力的增加，脉冲I-V和VTH测量显示初始正VTH变化和RON增加，然后，对于漏极电压>100 V，VTH稳定并且RON显示部分恢复。(ii)在中等电压下，VTH不稳定性与栅极叠层处的俘获有关，这是由于通过肖特基栅极接触离开p-GaN层的空穴留下的残余负电荷和/或与势垒处的俘获有关。在较高电压下，通过C-V和脉冲漏电流分析，我们证明了两个捕获过程的相互作用：（iii）正电荷的快速存储，在缓冲层/SRL界面附近积累，不强烈的热激活，在较高电压下占主导地位;（iv）较慢的负电荷存储，热激活，捕获和去捕获的激活能分别等于~0.6 eV和~0.4-0.8 eV。
2021-07-14 physics.app-ph
Determination of the Gate Breakdown Mechanisms in p-GaN Gate HEMTs by Multiple-gate-sweep Measurements
本文采用一种新的基于多栅扫描的方法研究了p-GaN栅AlGaN/GAN HEMT的栅击穿机理。首次在同一器件中分别观察和识别了三种不同的击穿机制：金属/p-GaN结击穿、p-GaN/AlGaN/GAN结击穿和钝化相关击穿。该方法是确定击穿机理的有效方法。通过扫描电子显微镜（SEM）进一步证实了不同的BD机制。最后，测量和比较了三种BD机制的温度依赖性。该分析方法也用于具有不同钝化材料的器件，并显示其适用性。
2020-09-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microwave Performance of all MOCVD-grown AlScN/GaN MIS-HEMTs on Semi-Insulating GaN Substrates
The Ohio State University（俄亥俄州立大学）
研究报道了全部通过MOCVD生长的长栅AlScN/GaN金属-绝缘体-半导体高频晶体管在半绝缘GaN基板上的设计、制造和表征，展示了高电迁移率晶体管在高频和高功率应用中的稳健性。
2026-04-03 physics.app-ph
Threshold Voltage Improvement and Leakage Reduction of AlGaN/GaN HEMTs Using Dual-Layer SiNx Stressors
在这项工作中，AlGaN/GAN HEMT与双层SiNx应力源（由一个低应力层和一个高应力层）进行了研究。低应力填充层解决了高应力SiNx沉积过程中的表面损伤问题，并提供了良好的钝化界面。具有双层应力源的HEMT的阈值电压（Vth）增加了1V，导通电流和RF电流增益与没有应力源的HEMT相当。此外，由于AlGaN中的较低电场，其抑制了栅极注入电流，因此在应变器件中的关断电流（I_off）被示出减小了一到三个数量级。双层应力源方案支持应变工程作为追求AlGaN/GAN HEMT的常关操作的有效方法。
2019-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Threshold voltage instability by charge trapping effects in the gate region of p-GaN HEMTs
在这项工作中，常关型p-GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）的阈值电压不稳定性进行了研究，通过监测在器件导通状态的栅极电流密度。应力下的栅电流变化的起源已被归因于在金属/p-GaN/AlGaN/GAN系统中的不同界面处发生的电荷捕获。特别地，取决于应力偏置水平，电子（VG <6V）或空穴（VG > 6V）被捕获，分别引起正或负阈值电压偏移（DVTH）。通过监测不同温度下的栅极电流变化，可以确定与电子和空穴捕获相关联的激活能，并将其与氮（电子陷阱）或镓（空穴陷阱）空位的存在相关联。此外，电学测量表明，在长时间偏置应力下会产生新的电子陷阱，这与跨栅极堆叠的不同界面（p-GaN/AlGaN/GAN）延伸的晶体位错状缺陷的产生有关。
2023-02-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Positive and negative charge trapping GaN HEMTs: interplay between thermal emission and transport-limited processes
本文研究了GaN基常关高压晶体管中缓冲陷阱的动力学。对传输长度法（TLM）结构进行了分析。通过自定义设置，（i）我们研究了由大的垂直偏压引起的捕获和去捕获过程，并确定了不同的机制，负责缓冲区中负电荷和正电荷的存储。(ii)进行温度依赖性分析以评价与负电荷和正电荷积累相关的时间常数。值得注意的是，结果表明，负电荷捕获的活化能为~0.3 eV，这远低于碳受体的电离能（0.8-0.9 eV）。这一结果是解释考虑到捕获和脱陷不占主导地位的热过程（从受体的热发射），但通过传输机制，限制电荷转移到陷阱状态。(iii)在恢复实验中，在低应力偏压之后，负电荷俘获占主导地位。在高应力偏压之后，还检测到正电荷产生的效果，并且评估相关的活化能。本文中呈现的结果清楚地表明，常关型GAN HEMT的俘获和去俘获动力学是输运限制传导过程的相互作用的结果，与CN受体相比，其导致低的热激活（Ea~0.3 eV）。
2021-12-20 physics.app-ph
Demonstration of TFTs 3D Monolithically Integrated on GaN HEMTs using Cascode Configuration with High Breakdown Voltage (>1900V)
本研究演示了在GaN HEMTs上三维单片集成a-IGZO TFTs的共源共栅配置，实现了超过1900V的高击穿电压，验证了该集成方案的可行性与高压应用潜力。
2025-07-10 cs.SY eess.SY physics.app-ph
BAlN alloy for enhanced two-dimensional electron gas characteristics of GaN-based high electron mobility transistor
新兴的宽带隙BAlN合金具有改进III族氮化物功率器件的潜力，包括高电子迁移率晶体管（HEMT）。然而，很少有相关的研究已经进行。在这项工作中，我们已经研究了使用的B0.14Al0.86N合金的GAN缓冲层和AlGaN势垒之间的传统GaN基高电子迁移率晶体管（HEMT）的中间层的一部分或全部。数值计算结果表明，通过用B0.14Al0.86N夹层或B0.14Al0.86N/AlN混合夹层代替传统的AlN夹层，二维电子气（2DEG）浓度得到了相当大的改善，并且2DEG泄漏到三元层中。因此，可以改善传输特性。饱和电流也可以被增强。例如，当VGS-Vth=+3V时，具有0.5nm B0.14Al0.86N/0.5nm AlN混合中间层和1 nm B0.14Al0.86N中间层的HEMT的饱和电流比AlN中间层的饱和电流高5.8%和2.2%。
2020-05-03 physics.app-ph
Impact of 2D-Graphene on SiN Passivated AlGaN/GaN MIS-HEMTs under Mist Exposure
系统分析了AlGaN/GAN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）氮化硅（SiN）钝化层上二维石墨烯（GL）层的作用。结果表明，在不含GL的器件中，最大漏极电流密度（I_D，max）和最大漏极电流密度（g_m，max）随着雾暴露时间的增加而逐渐减小，分别为23%和10%。此外，门滞后比（GLR）增加约10%，在雾暴露。相比之下，具有GL的装置显示出稳健的行为，并且在DC和脉冲条件下的电特性没有显著变化。讨论了这些现象的成因，指出GL是改善SiN钝化层耐湿性的关键因素。
2018-05-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Surface states in AlGaN/GaN high electron mobility transistors: Quantitative profiles and dynamics of the surface Fermi level
提出了一种在高电子迁移率晶体管（HEMT）器件中获得表面态电荷密度的定量分布并监测其在各种应力条件下的动态变化的方法。该方法采用在各种偏置条件下的沟道电流的光谱学。我们测试了一个经典的AlGaN/GAN HEMT结构的方法。为了分析结果，我们提出了一个模型，根据该模型，表面电荷密度的能量分布可以从沟道光电流的导数获得。该方法适用于完全制造的晶体管，可以在任何器件偏置组合下进行测量。通过这种方式，可以探索器件操作条件对表面状态电荷的影响。这一特性在研究氮化物HEMT中的各种表面电荷迁移效应时特别有用。一个重要的副产品的方法是一个定量评估的能量位置的表面费米能级和它的动态在各种偏置条件下。
2019-04-19 physics.app-ph
Crack-free high composition (>35%) thick (>30 nm) barrier AlGaN/AlN/GaN HEMT on sapphire with record low sheet resistance
该研究通过优化外延生长条件，在蓝宝石上制备无裂纹高组分厚势垒 AlGaN/AlN/GaN HEMT，实现超低方块电阻和优异 2DEG 性能。
2024-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Transferrable AlGaN/GaN HEMTs to Arbitrary Substrates via a Two-dimensional Boron Nitride Release Layer
将高性能薄膜器件机械转移到任意衬底上代表了改善器件性能、探索非传统制造方法以及为柔软、保形和柔性电子器件铺平道路的令人兴奋的机会。使用二维（2D）氮化硼（BN）释放层，我们证明了AlGaN/GAN高电子迁移率晶体管（HEMT）的任意衬底通过直接范德华（VDW）键合和聚合物粘合剂夹层的转移。没有观察到由于转移过程导致的器件退化，并且当直接结合到碳化硅（SiC）晶片时，相对于起始晶片，观察到器件温度的显著降低（在600 mW下从327 °C降低到132 °C）。随着使用的苯并环丁烯（BCB）粘合夹层，设备很容易转移和Kapton和陶瓷薄膜的特点，代表了一个令人兴奋的机会，集成到任意基板。在降低该聚合物粘合剂层厚度后，转移到BCB/SiC衬底上的AlGaN/GAN HEMT在高达600 mW的功率下操作期间产生与原生长晶片相当的峰值温度，这表明通过优化层间特性（例如厚度和热导率），聚合物层上的可转移器件仍然可以提高性能输出。
2020-02-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Dielectric Engineering of HfO2 Gate Stacks Towards Normally-ON and Normally-OFF GaN HEMTs on Silicon
我们报告的HfO 2栅介质的界面电子特性，与GAN对常关凹陷HEMT架构和AlGaN势垒的常开AlGaN/GAN MISHEMT的GAN器件平台上的Si。HfO 2/GAN的导带偏移量为1.9 eV，并且具有非常低的固定体电荷和界面电荷密度。HfO 2/GAN MOSCAP的电导测量揭示了一个界面陷阱态连续体，其密度为9.37 × 1012 eV-1cm-2，中心位于EC以下0.48 eV。正向和反向电流密度分别由Fowler-Nordheim隧穿和Poole-Frenkel发射决定。常通型HfO 2/AlGaN/GAN MISHEMT的阈值电压漂移可以忽略不计，3 μm栅长器件的跨导为110 mS/mm，在100 V的VD下，三端关断状态栅极漏电流为20 nA/mm。动态电容色散测量显示AlGaN/GAN界面处的两个峰值对应于慢界面陷阱和快界面陷阱，峰值Dit为5.5 × 1013 eV-1cm-1。2和1.5 × 1013 eV-1cm-2。HfO 2/AlGaN界面在低于EC 0.45 eV处显示出4.4 × 10 ~（13）eV ~（-1）cm ~（-2）的Dit峰。
2017-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Hot LO Phonon-Induced RF Nonlinearity in GaN High-Electron-Mobility Transistors
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Air Force Research Laboratory Sensors Directorate（空军研究实验室传感器管理局）；Michigan State University（密歇根州立大学）
研究揭示高温纵向光学声子对GaN HEMT射频性能的影响，显示即使超快衰减的LO声子也会降低输出压缩点和三阶输出截断功率，且改善跨导平坦度不必然提升射频线性度。
2026-03-28 physics.app-ph
Physics-based Full-band GaN High-Electron-Mobility Transistor Simulation Suggests Upper Bound of LO Phonon Lifetime
基于物理的全带GaN HEMT仿真表明，LO声子寿命上限为40fs，但即使如此，热声子效应仍限制电流密度
2026-01-09 physics.app-ph
Design and analysis of high electron mobility transistor (HEMT) inspired III-V electro-optic modulator topologies
与CMOS硅晶体管相比，基于III-V异质结构的高电子迁移率晶体管（HEMT）由于异质结构界面处的2D电子气（2DEG）沟道中的高迁移率而提供优异的性能。基于氮化镓（GAN）的HEMT也适用于高功率和高温应用。GAN具有跨越非线性光学、压电微电子机械系统（MEMS）和单片微波集成电路（MMIC）领域的丰富材料特性。在本文中，我们提出了HEMT启发的III-V电光调制器拓扑结构，可能优于硅光子调制器。我们分析了电吸收和电折射的2DEG与光的相互作用，并提出了一个设计框架，选择性地利用所需的调制机制。我们的分析表明，在HEMT类结构中的电折射调制的调制指数与硅光子调制器相当，尽管具有高得多的电子迁移率，从而具有高得多的调制速率。
2019-12-23 physics.app-ph physics.optics
Deep sub micron normally off AlGaN/GaN MOSFET on silicon with VTH > 5V and On Current > 0.5 A/mm
我们报道了一种深亚微米常关型AlGaN/GAN HEMT器件，具有高导通电流和高阈值电压。通过使用长度和深度分别为200 nm和124 nm的栅凹槽实现了高性能器件。凹陷蚀刻区域具有0.7nm的粗糙度。使用各种凹槽蚀刻深度和电介质退火条件来调整VTH。优化后的器件的导通电流和VTH分别为500 mA/mm和5 V。使用2D-TCAD器件模拟的测量击穿特性的设备和它们的局限性进行了研究。残余电场在大部分凹陷区域中的穿透可能是深度缩放的凹陷栅e-模式HEMT过早击穿的原因。
2019-08-16 physics.app-ph
Epitaxial high-K AlBN barrier GaN HEMTs
在SiC衬底上外延生长AlBN/GaN异质结，利用极化诱导2DEG制备超薄势垒高电子迁移率晶体管，电流密度超0.25 A/mm，夹断电压-0.43 V，引入7% B将AlBN介电常数提升至16，展现超越现有GaN器件的潜力。
2025-02-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.SY
Impact of Residual Carbon Impurities and Gallium Vacancies on Trapping Effects in AlGaN/GaN MIS-HEMTs
研究了残留C杂质和Ga空位对AlN/AlGaN/GAN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管动态不稳定性的影响。二次离子质谱，正电子湮没光谱，稳态和时间分辨的光致发光（PL）的测量已与电气特性和电流瞬态分析。研究了黄光发光与C-和Ga空位浓度的相关性。时间分辨PL表明C $_{\mathrm{N}}$ O $_{\mathrm{N}}$复合物是YL的主要来源，而Ga空位或与C的相关复合物似乎不起主要作用。器件的动态性能被发现是显着依赖于靠近晶体管的沟道的C浓度。此外，YL的幅度被发现是在协议的阈值电压漂移和导通电阻退化。GAN缓冲层的陷阱分析表明，所有样品的表观活化能为$\sim$ 0.8 eV，指出一个共同的主导捕获过程，生长参数只影响陷阱中心的密度。据推断，捕获过程很可能是直接相关的C为基础的缺陷。
2020-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Semi-supervised physics guided deep learning framework for predicting the I-V characteristics of GAN HEMT
Central Electronics Engineering Research Institute（中央电子工程研究所）；Academy of Scientific and Innovative Research（科学与创新研究院）
这封信提出了一种新的深度学习框架（DLF），解决了采用深度学习技术解决基于物理问题的两个主要障碍：1）训练DL模型的大型数据集的要求，2）DL模型与现象物理学的一致性。该框架本质上是通用的，只要其行为是已知的，就可以应用于对其他研究领域的现象进行建模。为了证明该技术，半监督物理引导神经网络（SPGNN）已经开发，预测氮化镓基高电子迁移率晶体管（GAN HEMT）的I-V特性。提出了一种两阶段训练方法，其中在第一阶段中，DL模型通过无监督学习方法使用场效应晶体管的I-V方程作为模型的损失函数来训练，该模型将物理行为纳入DL模型中，并且在第二阶段中，DL模型已经用非常小的实验数据集进行了微调。SPGNN将训练数据的要求显著降低了80%以上，即使在看不见的条件下，也能实现与传统神经网络（TNN）相似或更好的性能。SPGNN预测32.4%的未知测试数据的误差小于1%，只有0.4%的未知测试数据的误差大于10%。
2021-10-22 cs.LG physics.app-ph
Interplay of carrier density and mobility in Al-Rich (Al,Ga)N-Channel HEMTs: Impact on high-power device performance potential
本研究指出富Al的(Al,Ga)N沟道HEMT在室温及以上优于GaN器件，其卓越性能源于2DEG密度与电子迁移率的竞争效应，纠正了以往恒定2DEG密度的假设，为高功率器件设计提供指导。
2025-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Design and analysis of electro-optic modulators based on high contrast gratings (HCGs) in AlGaN/GaN heterostructures
最近，提出了高电子迁移率晶体管（HEMT）启发的III-V电光调制器拓扑结构，用于实现利用由于III-V异质结构界面处存在的2D电子气（2DEG）引起的等离子体色散效应的高速电光调制器。2DEG在界面处高度受限，在体中延伸到非常低的深度（$\approx$ 10 nm），因此与光学模式具有有限的空间重叠。在本文中，我们提出了一种新的调制器设计，以提高2DEG光的相互作用，其中的HEMT是嵌入在一个高对比度光栅（HCG）镜。我们提出了一个分析模型，将传统的HCG模型扩展到多层结构，并与严格耦合波分析（RCWA）观察到良好的一致性。我们探索的设计空间，以确定最佳的器件拓扑结构和目前的几何形状，产生高达70%的C-和L-波段波长的反射率的变化。我们还提出了灵敏度分析的结果，并观察到低变化的设备性能，由于几何形状的变化所产生的设备制造缺陷。这里提出的器件平台是适合于设计高效率的电光调制器，通过将HEMT HCG到法布里-珀罗腔。
2020-10-06 physics.app-ph physics.optics
Hybrid Classical-Quantum Neural Networks for Multi-Characteristic Co-Optimization of Recessed-Gate AlGaN/GaN MIS-HEMTs
National Yang Ming Chiao Tung University（国立阳明交通大学）；NVIDIA Corp.（英伟达公司）；National Center for High-performance Computing, National Applied Research Laboratories（国家高速网络与计算中心，国家应用材料研究中心）
提出混合经典-量子神经网络(HQNN)从24维工艺参数联合优化6个电学目标，在468个实验器件上将归一化均方根误差降低24.4%。
2026-05-19 physics.app-ph quant-ph
GaN Power Devices and Converter Architectures for AI Data Centers: Efficiency, Reliability, and Deployment Pathways
University of North Carolina at Charlotte（北卡罗来纳大学夏洛特分校）
本文综述了GaN功率器件在AI数据中心电网到负载转换链各阶段的应用，通过对比Si、SiC和GaN的变换器相关指标，分析了横向、纵向和专用GaN架构的性能，并提出了量化框架评估级联变换器效率对能耗和碳排放的影响。
2026-06-25 cs.SY eess.SY physics.app-ph
