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研究生： 林央正
Iang-Jeng Lin
論文名稱： 磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵對稱型平面摻雜場效電晶體研究
The Study of InAlGaP/GaAs/InGaAs dual delta-doped FET
指導教授： 李清庭
Ching-Ting Lee
口試委員:
學位類別： 碩士
Master
系所名稱： 理學院 - 光電科學與工程學系
Department of Optics and Photonics
畢業學年度： 88
語文別： 中文
論文頁數： 60
中文關鍵詞： 磷化銦鋁鎵 、平面摻雜 、有機金屬氣相沉積 、高頻 、電晶體 、雜訊 、微波 、砷化鎵
外文關鍵詞： INALGAP, delta doped, MOCVD, high frequency, transistor, noise, microwave, GAAS
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    • 本論文係採用低壓有機金屬氣相沉積法成長平面摻雜之磷化銦鋁鎵/砷化鎵/砷化銦鎵假晶性場效電晶體；在通道層(In0.3Ga0.7As)上方及下方對稱處的成長平面摻雜之結構；並利用如此設計的目的是為了讓更多的電子能被導入通道層中，以觀察該元件結構是否能供應較大的電流密度；以此設計出一高功率的元件，外加光源對元件所造成的影響等，並觀察元件的互導值是否提昇，這些都是在論文中所要探討的。
    在本論文中，首先我們藉由室溫(300K)霍爾量測來量得試片的面電荷密度值為3.36×10 12(cm-2)及電子移動率值為3200(cm2/V-s)；低溫(77K)量測面電荷密度為2.76×1012(cm-2)及電子移動率值為6970(cm2/V-s)，我們便利用半導體製程技術,來製作對稱型平面摻雜場效電晶體元件，並做直流特性的量測。
    其次，藉由製程實驗，並利用傳輸線模型（TLM），經蒸鍍金鍺鎳卅金後，發現溫度於365℃，時間為85秒，可得較佳的歐姆接觸特性，其特徵接觸電阻值為5X10-5(-cm2)。
    元件的直流特性量測方面，我們從電流電壓（IDS-VDS）特性曲線中，發現元件在VDS=3.6V，VGS=0.5V時，可得到最大互導值為153mS/mm；而元件的夾止(pinch off)電壓為-2.5V；閘極到汲極的崩潰電壓大於-10V。
    而且，我們以功率為0.1mW之0.6328、0.8230、1.324nm三種波長的雷射來對元件照光，並觀察元件特性改變。發現其最大互導值並無明顯改變，證明以磷化銦鋁鎵此高能隙材料當作蕭特基接觸層，使其元件在照光特性的量測上，對光源具有較低的敏感度。
    最後，利用HP-8510C高頻量測系統，量測出功率增益截止頻率fmax為25GHz，功率增益截止頻率ft為6GHz，適用於現今通信系統中的功率電晶體之操作範圍。 我們並藉由微波電路模擬軟體(MDS)建立小訊號模型，以利於將來模擬微波積體電路設計之用。並且針對雜訊指數進行量測，發現元件在操作頻率為2GHz時，其最小雜訊指數(Fmin)為4.8dB，而相對應的伴隨增益功率(Ga)為12dB。

    【目 錄】 論文摘要...................................................1 目 錄...................................................3 圖 目...................................................5 表 目...................................................7 第一章 緒 論.............................................8 第二章 磊晶結構設計、平面摻雜場效電晶體的操作原理 ........12 2-1磊晶結構設計.................................12 2-2磊晶結構成長條件.............................13 2-3對稱型平面摻雜場效電晶體的操作原理...........15 第三章 對稱型平面摻雜場效電晶體元件的製程 ................16 3-1高臺蝕刻.....................................16 3-2汲極與源極歐姆接觸之製作 ....................18 3-3閘極蕭特基接觸之製作 ........................20 第四章 元件的直流特性量測、分析與討論.....................22 4-1霍爾特性的量測...............................22 4-2特徵電阻的量測...............................23 4-3對稱型平面場效電晶體電流-電壓特性 曲線量測 ....................................24 4-4互導值之量測.................................25 4-5閘極-源極電流與閘極-源極電壓的量測...........27 4-6照光後的元件特性.............................27 4-7照光對元件影響機制之討論.....................30 第五章 元件微波特性量測、分析與討論.......................31 5-1 雙埠網路 ....................................31 5-2 小訊號模型之建立.............................33 5-3 功率增益截止頻率與電流增益截止頻率 ..........35 5-4 高頻雜訊量測與分析 ..........................36 第六章 結論 ..............................................38 參考文獻 ..................................................40 【圖 目】 圖2-1 對稱型平面摻雜場效電晶體的磊晶結構..................44 圖3-1 元件完成示意圖......................................45 圖4-1 傳輸線模型(TLM)完成結構示意圖.......................46 圖4-2 經熱處理後，利用TLM所量得的接觸電阻與間距之關係圖....46 圖4-3 對稱型平面摻雜場效電晶體電流-電壓(IDS-VDS)之特性曲線..47 圖4-4 VDS=2.4V時，閘極-源極電壓所對應之臨界電流與互導值 之特性曲線。........................................48 圖4-5 VDS=3.6V時，閘極-源極電壓所對應之臨界電流與互導值 之特性曲線。........................................48 圖4-6 VDS=2.4V時，汲極-源極電流與互導值(IDS-gm)之特性曲線。...49 圖4-7 VDS=3.6V時，汲極-源極電流與互導值(IDS-gm)之特性曲線。...49 圖4-8 閘極-源極電流與閘極-源極電壓(IGS-VGS)之特性曲線.......50 圖4-9 元件的順向開啟電壓 ..................................50 圖4-10 元件受波長為632.8nm雷射照光後，其電流-電壓(IDS-VDS)之特性曲線。..........................................51 圖4-11 元件受波長841nm為雷射照光後，其電流-電壓(IDS-VDS) 之特性曲線。........................................51 圖4-12 元件受波長1324nm為雷射光照光後，其電流-電壓(IDS-VDS) 之特性曲線。........................................52 圖4-13 VDS=3.6V時，元件受波長為632.8nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。..................................52 圖4-14 VDS=3.6V時，元件受波長為841nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。........................................53 圖4-15 VDS=3.6V時，元件受波長為1324nm之雷射照光後，其互導值(gm)之特性曲線。....................................53 圖4-16 元件受各種波長之雷射照光後，閘極-源極電流(IGS)與閘極-源極電壓為反向偏壓(VGS=0V~-10V)時之特性曲線。........54 圖4-17 元件受各種波長之雷射照光後，閘極-源極電流(IGS)與閘極-源極電壓為順向偏壓(VGS=0V~1V)時之特性曲線。..........54 圖5-1 雙埠網路示意圖 ......................................55 圖5-2 雙埠網路的入射波與反射波............................55 圖5-3 高頻量測所得到之史密斯圖............................56 圖5-4 小訊號模擬等效電路圖................................57 圖5-5 功率增益截止頻率與電流增益截止頻率..................58 圖5-6~5-9 元件在高頻操作時，於不同偏壓之下的雜訊特性曲線。 .............................................59~60 【表 目】 表4-1 室溫(300K)與低溫(77)霍爾量測之結果..................44 表5-1 等效電路模擬參數對照表..............................57

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