时域太赫兹波谱法测定高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率

针对目前高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率已经达到亚太赫兹波段，传统的电子学设备无法对其进行有效的探测。所以必须去探索一种全新的手段，利用一种全新的原理来解决这一问题。本项目中，我们拟通过时域太赫兹波谱法来解决这一问题。首先我们利用飞秒脉冲激光瞬时照射到高电子迁移率晶体管HEMT的栅极和源极之间，从而在栅-源之间瞬时产生光生载流子。光生载流子瞬时改变栅极电场，瞬时开启HEMT。通过超快电光取样的技术手段，探测由于HEMT被飞秒脉冲光瞬时开启后，主要由源极和漏极之间的载流子被源-漏电压弹道加速运动所引起的太赫兹波。在排除HEMT基底材料中所辐射出的附加太赫兹波对所探测到的太赫兹信号的影响后，分析得出源极和漏极之间载流子的弹道加速动力学运动过程，测量出非平衡载流子的驰豫时间，精确地获得可持续到亚太赫兹波段的高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率。

目前高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率已经达到亚太赫兹波段，传统的电子学设备无法对其进行有效的探测。所以必须去探索一种全新的手段，利用一种全新的原理来解决这一问题。本项目中，我们通过时域太赫兹波谱系统解决了这一问题。首先我们利用飞秒脉冲激光瞬时照射到高电子迁移率晶体管HEMT的栅极和源极之间，从而在栅-源之间瞬时产生光生载流子。光生载流子瞬时改变栅极电场，即瞬时关断处于饱和工作状态下的HEMT器件。通过超快电光取样的技术手段，探测由于HEMT被飞秒脉冲光瞬时关断后，源漏极之间的电流变化（时间是皮秒量级）所引起的太赫兹波。进一步利用所测量到的太赫兹波形，分析出源极和漏极之间载流子的非平衡动力学运动过程，测量出载流子的驰豫时间，并精确地获得可持续到亚太赫兹波段的高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率。.“时域太赫兹波谱法测定高迁移率晶体管HEMT的截止工作频率”项目研究历时三年，在研究过程中所取得的主要研究成果包括三个方面：一）搭建了可用于测试半导体内载流子非平衡动力学运动过程和HEMT的截止工作频率的时域太赫兹波谱测试实验平台；二）利用所搭建的时域太赫兹波谱测试平台测试了超纯本征砷化镓材料中的载流子非平衡动力学运动过程；三）利用所搭建的时域太赫兹波谱测试平台测量出了HEMT器件中可达到亚太赫兹波段的截止工作频率fT。项目中，我们实际测量了由中国科学院微电子研究所提供的In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As InP基HEMT。通过测试，我们发现该HEMT器件中，源漏之间的电流的关断弛豫时间，即：HEMT器件的电子渡越弛豫时间，τ =1.67 ps。根据截止工作频率的定义，我们就能知道高电子迁移率晶体管HEMT的截止工作频率fT=1/2πτ，即：该HEMT的截止工作频率为95.4 GHz，该测试频率和该HEMT的设计频率96 GHz非常接近。.在研究过程中，共发表研究论文15篇（其中2区SCI论文9篇，Nature Group新刊物Light 1篇），撰写专著1本（其中一章），参加国际学术会议并做报告15次，并申请了15项发明专利和4项实用新型专利。