[논문]2단계 게이트 리세스 방법으로 제작한 100 nm mHEMT 소자의 DC 및 RF 특성

윤형섭; 민병규; 장성재; 정현욱; 이종민; 김성일; 장우진; 강동민; 임종원; 김완식; 정주용; 김종필; 서미희; 김소수

doi:10.5515/kjkiees.2019.30.4.282

2단계 게이트 리세스 방법으로 제작한 100 nm mHEMT 소자의 DC 및 RF 특성
DC and RF Characteristics of 100-nm mHEMT Devices Fabricated with a Two-Step Gate Recess 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.30 no.4, 2019년, pp.282 - 285

초록
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본 연구에서는 2단계 게이트 리세스 방법을 사용하여 T-형 게이트 길이가 100 nm인 mHEMT 소자를 제작하였다. 제작한 소자는 65 mA의 드레인전류($I_{dss}$), 1090 mS/mm의 트랜스콘덕턴스($g_m$), -0.65 V의 문턱전압 ($V_{th}$) 등의 DC 특성을 보였다. 또한 차단주파수($f_T$) 190 GHz와 최대 공진주파수($f_{MAX}$) 260 GHz인 우수한 고주파 특성을 나타내었다. 제작한 mHEMT 소자는 향후에 W-대역의 MMIC 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

A 100-nm gate-length metamorphic high electron mobility transistor(mHEMT) with a T-shaped gate was fabricated using a two-step gate recess and characterized for DC and microwave performance. The mHEMT device exhibited DC output characteristics having drain current($I_{dss}$), an extrinsic transconductance($g_m$) of 1,090 mS/mm and a threshold voltage($V_{th}$) of -0.65 V. The $f_T$ and $f_{max}$ obtained for the 100-nm mHEMT device were 190 and 260 GHz, respectively. The developed mHEMT will be applied in fabricating W-band monolithic microwave integrated circuits(MMICs).

주제어

표/그림 (7)

그림 그림 1. GaAs 기반의 mHEMT 에피탁셜 구조 Fig. 1. Epitaxial structure of GaAs-based mHEMT.
그림 그림 2. 2-Finger 게이트(50 μm×2) 100 nm mHEMT. Fig. 2. 100 nm mHEMT with 2-finger gates(50 μm×2).
그림 그림 3. 100 nm T-gate mHEMT 소자의 단면도 Fig. 3. Cross-sectional view of 100nm T-gate mHEMT.
그림 그림 5. 100 nm mHEMT 소자의 transfer 특성 Fig. 5. Transfer characteristics of 100 nm mHEMT.
그림 그림 6. 100 nm mHEMT 소자의 RF 특성 Fig. 6. RF characteristics of 100 nm mHEMT devices.
그림 그림 4. 100 nm mHEMT 소자의 I-V 특성 Fig. 4. I-V characteristics of 100 nm mHEMT.
표 표 1. 100 nm mHEMT 소자의 DC 및 RF 특성의 비교 Table 1. Comparisons of DC/RF characteristics for 100 nm mHEMT devices.

AI 본문요약
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제안 방법

본 연구에서는 2단계 게이트 리세스 식각 공정을 개발하여 T-형 게이트 길이가 100 nm인 GaAs 기반의 mHEMT 소자를 제작하였으며, 소자의 DC와 RF 특성을 측정 분석하였다.

대상 데이터

본 연구에서 제작한 mHEMT 소자는 T-형 게이트 길이가100 nm이고, 게이트 폭은 100 μm(50μm×2-finger gate)이다. 소스와 드레인 전극의 간격(L_sd)은 2 μm, 소스와 게이트 전극의 간격 (L_sg)은 0.

성능/효과

본 연구에서는 2단계 게이트 리세스 식각 공정을 개발하여 T-형 게이트 길이가 100 nm인 GaAs 기반의 mHEMT 소자를 제작하였으며 소자의 DC와 RF 특성을 조사 분석하였다. 게이트 길이가 100 nm인 mHEMT 소자는 65 mA의 I_ds, 1,090 mS/mm의 g_m, −0.65 V의 V_th 등의 DC 특성을 보였다. 또한 차단주파수(f_T) 190 GHz와 최대 공진주파수(f_MAX⁾ 260 GHz인 우수한 고주파 특성을 나타내었다.
65 V의 V_th 등의 DC 특성을 보였다. 또한 차단주파수(f_T) 190 GHz와 최대 공진주파수(f_MAX⁾ 260 GHz인 우수한 고주파 특성을 나타내었다. 본 연구에서 제작한 mHEMT 소자는 향후에 W-대역의 MMIC 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
65 V이다. 본 연구에서 개발한 2단계 게이트 식각 방법은 선택적으로 InGaAs cap 층을 제거한 후 InAlAs Schottky 층을 추가 식각함으로써 안정적으로 V_gs를 제어할 수 있고, 좋은 핀치오프 특성을 갖는 소자를 제작할 수 있을 것으로 기대된다.

후속연구

또한 차단주파수(f_T) 190 GHz와 최대 공진주파수(f_MAX⁾ 260 GHz인 우수한 고주파 특성을 나타내었다. 본 연구에서 제작한 mHEMT 소자는 향후에 W-대역의 MMIC 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	초고주파 소자 및 MMIC 제작에서 InP 기반의 HEMT의 단점은 무엇인가?	그러나, InP 기반의 HEMT 소자는 기판이 고가이고, 상대적으로 깨어지기 쉬워 4-인치 이상의 InP wafer를 사용하기가 어렵다. 이러한 문제를 해결할 목적으로 GaAs 기판위에 metamorphic buffer층을 성장하고, InAlAs/InGaAs HEMT 구조(mHEMT)를 형성한 구조가 제안되었다[3],[4].
	InAlAs/InGaAs HEMT 소자가 가지고 있는 특징은 무엇인가?	고속 데이터 전송, 광대역 멀티미디어 통신 서비스 및정밀 감시 시스템 등의 구현을 위해서는 밀리미터파 대역의 초고주파 소자 및 MMIC의 확보가 필요하다. InP 기반의 InAlAs/InGaAs HEMT 소자는 높은 차단주파수 특성(>500 GHz), 우수한 잡음특성 (<3 dB@ 95 GHz)을 보여W-대역의 초고주파 소자 및 MMIC 제작에 널리 사용되고 있다[1],[2].
	본 논문에서 제안한 GaAs 기반의 mHEMT 소자의 특성은 무엇인가?	본 연구에서는 2단계 게이트 리세스 식각 공정을 개발하여 T-형 게이트 길이가 100 nm인 GaAs 기반의 mHEMT 소자를 제작하였으며 소자의 DC와 RF 특성을 조사 분석하였다. 게이트 길이가 100 nm인 mHEMT 소자는 65 mA의 Ids, 1,090 mS/mm의 gm, −0.65 V의 Vth 등의 DC 특성을보였다. 또한 차단주파수(fT) 190 GHz와 최대 공진주파수(fMAX) 260 GHz인 우수한 고주파 특성을 나타내었다. 본연구에서 제작한 mHEMT 소자는 향후에 W-대역의 MMIC 개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

참고문헌 (6)

Y. Yamashita, A. Endoh, K. Sinohara, K. Hikosaka, T. Matsui, and S. Hiyamizu, et al., "Pseudomorphic $In_{0.52}Al_{0.48}As/In_{0.7}Ga_{0.3}As$ HEMTs with an ultrahigh $f_T$ of 562 GHz," IEEE Electron Device Letters, vol. 23, no. 10, pp. 573-575, Oct. 2002.

상세보기
W. R. Deal, K. Leong, V. Radisic, S. Sarkozy, B. Gorospe, and J. Lee, et al., "Low noise amplification at 0.67 THz using 30 nm InP HEMTs," IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 21, no. 7, pp. 368-370, Jul. 2011.

상세보기
A. Leuther, A. Tessmann, M. Dammann, W. Reinert, M. Schlechtweg, and M. Mikulla, et al., "70 nm low-noise metamorphic HEMT technology on 4 inch GaAs wafers," in International Conference on Indium Phosphide and Related Materials, Santa Barbara, 2003, pp. 215-218.
H. S. Yoon, J. Y. Shim, D. M. Kang, J. Y. Hong, and K. H. Lee, "Characteristics of 80 nm T-gate metamorphic HEMTs with 60% indium channel," in 2007 IEEE 19th International Conference on Indium Phosphide & Related Materials, Matsue, 2007, pp. 110-113.
H. Fourre, F. Diette, and A. Cappy, "Selective wet etching of lattice-matched InGaAs/InAlAs and metamorphic InGaAs/InAlAs on GaAs substrate using succinic Aic/Hydrogen peroxide solution," Journal of Vacuum Science & Technology B: Microelectronics and Nanometer Structures Processing, Measurement, and Phenomena, vol. 14, no. 5, pp. 3400-3402, Sep./Oct. 1996.

상세보기
K. Yaohui, W. Weibo, G. Jianfeng, and C. Chen, "100 nm MHEMT transistor technology for W-band amplifier," in Proceedings of 2014 3rd Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation, Harbin, 2014, pp. 1339-1341.

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