應用于工程系統(tǒng)控制的GaN磁性高電子遷移率晶體管

英國斯旺西大學和塞爾維亞尼斯大學的研究人員聲稱他們首次制造出氮化鎵（GaN）磁性高電子遷移率晶體管（MagHEMT）。[S Faramehr et al, Semicond. Sci. Technol., vol33, p095015, 2018]

由圖一可以看出器件采用的是分流式漏極，這可以評估由于與磁場相互作用引起的電子路徑偏差。這些器件的相對靈敏度由漏極端子之間的電流差相對于特斯拉（T）中磁場上的總漏極電流給出。

圖一：GaN MagHEMT（分流電流傳感器）示意圖（顯示出相對靈敏度優(yōu)化后的幾何參數(shù)）

這種磁性傳感器廣泛應用于工程系統(tǒng)中的控制，涵蓋航空，汽車和工業(yè)領域。

器件采用HEMT異質外延結構制備，Al0.25Ga0.75N作為阻擋層，利用階梯漸變AlGaN從硅襯底過渡。器件的長度（L）和寬度（W）分別為35μm和20μm，源極（LS）和漏極（LD）的長度均為5.5μm，柵極長度（LG）為1.0μm，柵 - 源距離（LGS）為1μm，兩個漏極觸點（WD）的寬度各為7.5μm。同時該器件用10nm氮化硅鈍化。

當柵極為0且漏極偏壓為0.5V時，靈敏度為11.98％/ T——這高于之前報道的硅雙漏極分流磁傳感器的值。

圖二：模擬相對靈敏度以及優(yōu)化的GaN Mag HEMT與模擬原始GaN Mag HEMT的電流差曲線

研究人員使用實驗結果來校準一系列旨在優(yōu)化性能的模擬。通過圖二可以看出在器件參數(shù)變化的情況下——L =65μm，W =20μm，LS =5.5μm，WS =5.0μm，WDD =5μm，LG =5.0μm，LGD =10μm，可以在0柵極電位和0.5V漏極偏壓下實現(xiàn)將靈敏度提高到23.29％/ T。

這其中最重要的一個變化就是器件長度的增加（65μm）和源寬度的降低（5.0μm）。降低的源極接觸會降低總電流，并增加對電流偏轉效應的敏感度。而較長的長度也增加了源極到漏極的電阻，再次降低了總電流。模擬還表明在-4V柵極電位附近存在一個數(shù)量級靈敏度的增強。

研究人員進一步在500K的溫度下進行了模擬，結果表明在惡劣環(huán)境下，GaN磁傳感器也能夠進行操作。但是，器件結構的靈敏度會降低到4.91％/ T。