CN105448962B - 多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 - Google Patents
多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管结构。主要解决目前多沟道器件栅控能力差、顶栅结构器件载流子迁移率和饱和速度低的问题。其依次包括衬底(1)、第一层AlGaN/GaN异质结(2)、SiN钝化层(4)和源漏栅电极，源漏电极分别位于SiN层两侧顶层AlGaN势垒层上，其特征在于：第一层异质结与SiN层之间设有GaN层和AlGaN势垒层，形成第二层AlGaN/GaN异质结(3)；栅电极覆盖在SiN钝化层顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两个侧壁。本发明器件栅控能力强，载流子迁移率和饱和速度高，饱和电流大，可用于短栅长的低噪声微波功率器件。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，涉及半导体器件结构与制作，具体的说是一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，可用于制作大规模集成电路。
背景技术
近年来以SiC和GaN为代表的第三代宽禁带半导体以其大禁带宽度、高击穿电场、高热导率、高饱和电子速度和异质结界面二维电子气2DEG浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的高电子迁移率晶体管HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。
AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势，追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。由于器件栅长不断减小，栅控能力逐渐减弱，平面栅结构器件短沟道效应越来越明显，AlGaN/GaN HEMT器件关态泄漏电流逐渐增大，这不仅会降低器件的可靠性和亚阈值特性，而且会影响器件的低频噪声特性。平面栅器件中，栅压较高时使得载流子散射效应增强，器件饱和电流和跨导都受到较大影响，器件放大工作的线性度明显降低。
蔡勇等人对纳米沟道阵列AlGaN/GaN HEMT进行了分析研究。参见Shenghou Liu,Yong Cai,Guodong Gu,et al.Enhancement-Mode Operation of Nanochannel Array(NCA)AlGaN/GaN HEMTs,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,2012,VOL.33,NO.3。纳米沟道阵列器件的导电沟道除了受表面栅纵向电场的影响外，还受两侧壁栅横向电场的影响，从而形成三维的二维电子气调制，加强了栅的调制能力。通过实验研究，证实了在100nm尺度内阈值电压与沟道宽度呈现明显的相关性。即随着沟道宽度逐渐减小，栅控能力增强，阈值电压正向增大，也证明了三维栅结构中的两个侧栅的横向电场对二维电子气有较强的调制作用。但是由于FinFET结构器件具有纳米量级的栅宽，栅宽的缩小使得源漏电流明显下降，器件的电流驱动能力下降，不利于器件在大功率方面的应用。
Dong Seup Lee等人报道了具有高线性度gm和fT的纳米沟道InAlN/GaN HEMTs器件。参见Dong Seup Lee,Han Wang,Allen Hsu,et al.Nanowire Channel InAlN/GaNHEMTs With High Linearity of gmand fT,IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS,2013,VOL.34,NO.8。文章介绍了在传统AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管中，随着栅偏置电压和漏极电流的增加，跨导在达到峰值后迅速下降。栅压的增大使得载流子之间存在库仑力散射及异质结界面散射，降低了载流子迁移率，导致载流子饱和速度降低，大大降低了器件的跨导性能。若仅采用侧栅结构的AlGaN/GaN HEMT器件，消除顶栅对载流子迁移率的影响，势必能将器件的传输特性明显提高。
为了进一步推动GaN异质结器件在更大电流、更高功率、更低功耗、更高频率、开关模式、多值逻辑门等领域的应用，对于多沟道多异质结材料和器件的研究就显得很有必要。
2005年，Rongming Chu报道了AlGaN/GaN/AlGaN/GaN材料结构，同时制作完成了双沟道的HEMT器件。参见Rongming Chu,et al,AlGaN/GaN Double-Channel HEMTs,IEEETranscations on electron devices,2005.52(4):438。由于该结构有两个GaN层作为沟道层，故被称为双沟道AlGaN/GaN异质结。通过实验证明，双沟道中最邻近栅的沟道可以在高温、高压、高频等方面有屏蔽底层沟道少受影响的作用。与单沟道AlGaN/GaN异质结相比，双沟道AlGaN/GaN异质结有更高的2DEG总密度，使得器件饱和电流大幅度增加。但是由于双沟道AlGaN/GaN异质结材料总势垒层厚度增加，使得栅对最下方的沟道控制能力减弱，引起跨导下降。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，以提高栅控能力，改善短沟道效应，提高器件饱和电流及载流子的迁移率和饱和速度，满足GaN基电子器件在高压开关、数字电路领域的应用要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
1.一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括衬底、第一层AlGaN/GaN异质结、SiN钝化层和源漏栅电极，源电极和漏电极分别位于SiN钝化层两侧的顶层AlGaN势垒层上，其特征在于：
第一层AlGaN/GaN异质结与SiN钝化层之间设有GaN层和AlGaN势垒层，形成第二层AlGaN/GaN异质结；
栅电极覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两个侧壁。
作为优选，上述多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：第一层AlGaN/GaN异质结中AlGaN势垒层厚度与第二层AlGaN/GaN异质结中的AlGaN势垒层厚度均为15～25nm，其Al组份为25～35％。
作为优选，上述多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：SiN钝化层的厚度为50～100nm。
作为优选，上述多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：栅鳍宽度为30～50nm。
2.一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：
(1)在蓝宝石或SiC基片上，利用MOCVD工艺，依次生长GaN层和AlGaN势垒层形成第一层AlGaN/GaN异质结，其中GaN厚度为1～2μm，AlGaN势垒层厚度为15～25nm，其Al组份为25～35％；
(2)在第一层AlGaN/GaN异质结上重复生长一次或两次相同结构的GaN和AlGaN，获得双异质结或三异质结，形成多沟道结构，其中GaN厚度均为20～30nm，AlGaN势垒层厚度为15～25nm，其Al组份为25～35％；
(3)在所有异质结上进行有源区干法刻蚀和台面隔离，形成宽度为30～50nm的栅鳍；
(4)在最上表面的AlGaN势垒层两侧制作源、漏欧姆接触电极；
(5)采用PECVD工艺，在源漏电极之间进行50～100nm厚的SiN层淀积覆盖其表面形成钝化层；
(6)SiN钝化层上光刻栅电极图形后淀积栅金属剥离成栅电极，使其覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两个侧壁；
(7)制作互连引线。
本发明器件与现有同类器件相比具有如下优点：
1)电流驱动能力大
本发明采用多沟道AlGaN/GaN异质结结构，能使源漏之间形成多个并联的二维电子气通路，提高了二维电子气总密度，使得器件的饱和电流大幅度增加，大大降低了源漏之间的电阻，减小了器件的开态电阻。
2)提高了载流子的迁移率和饱和速度
本发明采用侧栅结构，使得顶栅和最上表面AlGaN势垒层之间存在厚的SiN层，降低了顶栅栅压对沟道载流子迁移率的影响，使载流子的迁移率和饱和速度提高，降低了器件的关态泄漏电流和静态功耗，提高了器件跨导和线性度。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明器件的制作工艺流程示意图。
具体实施方式
参照图1，本发明器件包括蓝宝石或SiC衬底1、第一层AlGaN/GaN异质结2、第二层AlGaN/GaN异质结3、SiN钝化层4及源电极、漏电极、栅电极。其中最下层为蓝宝石或SiC衬底1，衬底上为1～2μm厚的本征GaN层，本征GaN层上为15～25nm厚、Al组份为25～35％的AlGaN势垒层，形成第一层AlGaN/GaN异质结2；该第一层AlGaN/GaN异质结2上设有厚度为20～30nm的GaN层及15～25nm厚、Al组份为25～35％的AlGaN势垒层，构成第二层AlGaN/GaN异质结3；第二层AlGaN/GaN异质结3的上面即顶层是AlGaN势垒层，源电极和漏电极分别位于顶层AlGaN势垒层两侧，SiN钝化层4淀积在源电极和漏电极之间，其厚度为50～100nm，栅电极覆盖在SiN钝化层4的顶部并包裹SiN钝化层4、第一层异质结2、第二层异质结3的两个侧壁，形成一个半开口的矩形框，如图2所示。
参照图3，本发明器件的制作给出以下三种实施例。
实施例1:制作栅鳍宽度为50nm的双沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
步骤1.利用MOCVD工艺，外延生长双异质结。
1.1)在SiC衬底基片上，生长厚度为1μm的本征GaN层；
1.2)在本征GaN层上生长15nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为35％，在本征GaN层与AlGaN势垒层的接触位置形成二维电子气，得到第一层AlGaN/GaN异质结；
1.3)在15nm厚的AlGaN势垒层上再生长第二层厚度为20nm的本征GaN层；
1.4)在第二层本征GaN层上生长第二层15nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为35％，得到第二层AlGaN/GaN异质结。
本步骤的工艺条件是：以NH3为N源，MO源为Ga源，生长温度为1000℃。
步骤2.制作栅鳍和有源区。
2.1)先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模；再采用电子束E-beam光刻机进行曝光，形成台面有源区和50nm宽栅鳍的掩模图形；
2.2)将做好掩模的基片采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在Cl2等离子体中以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离和栅鳍刻蚀，刻蚀深度为150nm。
步骤3.电极制作和器件钝化。
3.1)源漏电极制作：
3.11)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度0.8μm；
3.12)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成源、漏区域掩模图形；
3.13)采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行源漏电极制作，源漏金属依次选用Ti/Al/Ni/Au，其中Ti厚度为20nm，Al厚度为120nm，Ni厚度为45nm，Au厚度为55nm；源漏欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离；
3.14)采用RTP500快速热退火炉，在870℃的N2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成源、漏电极的制作；
3.2)采用PECVD790淀积设备以NH3为N源，SiH4源为Si源，在最上层AlGaN势垒层上淀积厚度为100nm的SiN钝化层，淀积温度为250℃；
3.3)制作栅电极：
3.31)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度为0.8μm；
3.32)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成栅区域掩模图形；
3.33)采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用Ni/Au，其中Ni厚度为20nm，Au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的栅电极，形成侧栅结构，使其覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两侧壁。
步骤4.制作互联引线。
先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩正胶；
再采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成电极引线掩模图形；
接着采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.3nm/s的蒸发速率对制作好掩模的基片进行引线电极金属蒸发，金属选用Ti厚度为20nm，Au厚度为200nm；最后在引线电极金属蒸发完成后进行剥离，得到完整的引线电极。
实施例2:制作栅鳍宽度为40nm的双沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
步骤A.利用MOCVD工艺，外延生长双异质结。
在以NH3为N源，MO源为Ga源，生长温度为1000℃的工艺条件下，先在SiC衬底基片上，生长厚度为1.5μm的本征GaN层；
再在本征GaN层上，生长20nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为30％，在本征GaN层与AlGaN势垒层的接触位置形成二维电子气，得到第一层AlGaN/GaN异质结；
然后在20nm厚的AlGaN势垒层上生长第二层厚度为25nm的本征GaN层；
最后在第二层本征GaN层上生长第二层20nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为30％，得到第二层AlGaN/GaN异质结。
步骤B.制作栅鳍和有源区。
先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模；
再采用电子束E-beam光刻机进行曝光，形成台面有源区和40nm宽栅鳍的掩模图形；
然后将做好掩模的基片采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在Cl2等离子体中以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离和栅鳍刻蚀，刻蚀深度为175nm。
步骤C.电极制作和器件钝化。
C1)源漏电极制作：
先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度0.8μm；
再在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成源、漏区域掩模图形；
然后采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行源漏电极制作，源漏金属依次选用Ti/Al/Ni/Au，其中Ti厚度为20nm，Al厚度为120nm，Ni厚度为45nm，Au厚度为55nm；
最后，在源漏欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离，并用RTP500快速热退火炉，在870℃的N2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成源、漏电极的制作；
C2)采用PECVD790淀积设备以NH3为N源，SiH4源为Si源，在250℃下在最上层AlGaN势垒层上淀积厚度为75nm的SiN钝化层；
C3)制作栅电极：
首先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度为0.8μm；再在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成栅区域掩模图形；然后采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用Ni/Au，其中Ni厚度为20nm，Au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的栅电极，形成侧栅结构，使其覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两个侧壁。
步骤四.制作互联引线。
先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩正胶；再采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成电极引线掩模图形；接着采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.3nm/s的蒸发速率对制作好掩模的基片进行引线电极金属蒸发，金属选用Ti厚度为20nm，Au厚度为200nm；最后在引线电极金属蒸发完成后进行剥离，得到完整的引线电极。
实施例3:制作栅鳍宽度为30nm的三沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管。
步骤一.利用MOCVD工艺，外延生长三异质结。
1a)在蓝宝石衬底基片上，以NH3为N源，MO源为Ga源，生长温度为1000℃，生长厚度为2μm的本征GaN层；
1b)在本征GaN层上，生长25nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为25％，在本征GaN层与AlGaN势垒层的接触位置形成二维电子气，得到第一层AlGaN/GaN异质结；
1c)在第一层25nm厚的AlGaN势垒层上生长第二层厚度为30nm的本征GaN层；
1d)在第二层本征GaN层上生长第二层25nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为25％，得到第二层AlGaN/GaN异质结；
1e)在第二层25nm厚的AlGaN势垒层上生长第三层厚度为30nm的本征GaN层；
1f)在第三层本征GaN层上生长第三层25nm厚的AlGaN势垒层，其中Al组份为25％，得到第三层AlGaN/GaN异质结。
上述步骤1b)～1f)的工艺条件与1a)相同。
步骤二.制作栅鳍和有源区。
2a)先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模；再采用电子束E-beam光刻机进行曝光，形成台面有源区和30nm宽栅鳍的掩模图形；
2b)将做好掩模的基片采用ICP98c型感应耦合等离子体刻蚀机在Cl2等离子体中以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离和栅鳍刻蚀，刻蚀深度为200nm。
步骤三.电极制作和器件钝化。
3a)源漏电极制作：
3a1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度0.8μm；
3a2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成源、漏区域掩模图形；
3a3)采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行源漏电极制作，源漏金属依次选用Ti/Al/Ni/Au，其中Ti厚度为20nm，Al厚度为120nm，Ni厚度为45nm，Au厚度为55nm；源漏欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离；
3a4)用RTP500快速热退火炉，在870℃的N2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成源、漏电极的制作。
3b)采用PECVD790淀积设备以NH3为N源，SiH4源为Si源，在最上层AlGaN势垒层上淀积厚度为50nm的SiN钝化层，淀积温度为250℃；
3c)制作栅电极：
3c1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模厚度为0.8μm；
3c2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成栅区域掩模图形；
3c3)采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用Ni/Au，其中Ni厚度为20nm，Au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的栅电极，形成侧栅结构，使其覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结、第三层异质结的两个侧壁。
步骤四.制作互联引线。
先采用甩胶机在5000转/min的转速下甩正胶；再采用NSR1755I7A光刻机进行曝光，形成电极引线掩模图形；接着采用Ohmiker-50电子束蒸发台以0.3nm/s的蒸发速率对制作好掩模的基片进行引线电极金属蒸发，金属选用Ti厚度为20nm，Au厚度为200nm；最后在引线电极金属蒸发完成后进行剥离，得到完整的引线电极。
Claims (8)
1.一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，自下而上依次包括衬底(1)、第一层AlGaN/GaN异质结(2)、SiN钝化层(4)和源、漏、栅电极，源电极和漏电极分别位于SiN钝化层两侧的顶层AlGaN势垒层上，其特征在于：
第一层AlGaN/GaN异质结(2)与SiN钝化层(4)之间设有GaN层和AlGaN势垒层，形成第二层AlGaN/GaN异质结(3)；
栅电极覆盖在SiN钝化层(4)的顶部和SiN钝化层(4)、第一层异质结(2)、第二层异质结(3)的两个侧壁，SiN钝化层(4)的厚度为50～100nm；
所述第一层AlGaN/GaN异质结(2)中AlGaN势垒层厚度与第二层AlGaN/GaN异质结(3)中的AlGaN势垒层厚度均为15～25nm，其Al组份为25～35％。
2.根据权利要求1所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：衬底(1)为蓝宝石或SiC衬底。
3.根据权利要求1所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：第一层AlGaN/GaN异质结(2)中的GaN层厚度为1～2μm，第二层AlGaN/GaN异质结(3)中的GaN层厚度为20～30nm。
4.根据权利要求1所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管，其特征在于：栅鳍宽度为30～50nm。
5.一种多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制作方法，包括如下步骤：
1)在蓝宝石或SiC基片上，利用MOCVD工艺，依次生长GaN层和AlGaN势垒层形成第一层AlGaN/GaN异质结，其中GaN厚度为1～2μm，AlGaN势垒层厚度为15～25nm，其Al组份为25～35％；
2)在第一层AlGaN/GaN异质结上重复生长一次或两次相同结构的GaN和AlGaN，获得双异质结或三异质结，形成多沟道结构，其中GaN厚度均为20～30nm，AlGaN势垒层厚度为15～25nm，其Al组份为25～35％；
3)在所有异质结上进行有源区干法刻蚀和台面隔离，形成宽度为30～50nm的栅鳍；
4)在最上表面的AlGaN势垒层两侧制作源、漏欧姆接触电极；
5)采用PECVD工艺，在源漏电极之间进行50～100nm厚的SiN层淀积覆盖其表面形成钝化层；
6)SiN钝化层上光刻栅电极图形后淀积栅金属剥离成栅电极，使其覆盖在SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结的两个侧壁或SiN钝化层的顶部和SiN钝化层、第一层异质结、第二层异质结、第三层异质结的两个侧壁；
7)制作互连引线。
6.根据权利要求5所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制作方法，其中所述步骤1)中的MOCVD工艺，是以NH3为N源，MO源为Ga源，在1000℃下进行AlGaN/GaN异质结生长。
7.根据权利要求5所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制作方法，其中步骤3)中的有源区干法刻蚀进行台面隔离，形成栅鳍，按如下步骤进行：
9a)先采用甩胶机在3500转/min的转速下甩胶，得到光刻胶掩模；再采用E-beam光刻机进行曝光，形成台面有源区和栅鳍的掩模图形；
9b)采用ICP干法刻蚀设备，在Cl2等离子体1nm/s的刻蚀速率下，低损伤干法刻蚀形成有源区和栅鳍，刻蚀深度远大于导电沟道厚度。
8.根据权利要求5所述的多沟道侧栅结构的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管制作方法，其中所述步骤5)中的PECVD工艺，是以NH3为N源，SiH4源为Si源，在250℃下进行SiN层淀积。
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Citations (3)
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| In0.17Al0.83N/AlN/GaN Triple T-shape Fin-HEMTs with gm=646 mS/mm, ION=1.03 A/mm, IOFF=1.13 μA/mm, SS=82 mV/dec and DIBL=28 mV/V at VD=0.5 V;S. Arulkumaran，等;《2014 IEEE International Electron Devices Meeting》;20141231;第 25.6.1 - 25.6.4页，图1,2,11 |
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