近日，中國科學院微電子研究所劉新宇研究員團隊以PEALD 沉積SiN作為柵介質，成功研制出高性能毫米波MIS-HEMT，并通過遠程等離子體預處理（RPP）技術，在E_C - E_T > 0.4 eV條件下, 界面態密度達到了6×10¹¹ cm^-2 eV^-1~2.1×10¹² cm-2 eV^-1，實現了低界面態密度，減小了器件的關態泄漏電流，保證了器件具有良好的閾值電壓穩定性。與常規HEMT器件相比，MIS-HEMT器件溝道載流子遷移率顯著提高，器件電流崩塌效應得到抑制，在30GHz連續波測試中，實現了7.05W/mm的功率密度，峰值效率51.4%。

GaN基高電子遷移率晶體管（HEMT）在功率放大器和無線通訊領域具有廣泛的應用前景，目前GaN器件的工作頻段已進入毫米波段。隨著器件工作頻率的提高，需要等比例縮小器件尺寸。然而，降低勢壘層的厚度，導致二維電子氣（2DEG）密度降低；柵長的縮短降低了柵極金屬對溝道載流子的控制能力，增加了泄漏電流；柵槽刻蝕引入的損傷造成了溝道載流子散射嚴重，遷移率下降，2DEG的退化傳輸特性制約了毫米波器件性能的提升。通過在柵金屬和半導體之間增加一層絕緣材料，形成金屬-介質-半導體（MIS）結構可有效改善2DGE的遷移率，使MIS結構在降低器件柵漏電流和提高器件擊穿電壓等方面具有明顯的優勢。

氮化硅（SiN）是目前較多采用的柵介質材料，其與III-N界面處可以形成較大的導帶偏移（ΔE_C），有利于降低漏電流，更重要的是在沉積SiN過程中可以使用非氧前驅體材料，降低界面態密度。目前報道柵介質材料的射頻器件主要集中在低頻段，毫米波MIS射頻器件的研究較少。

劉新宇研究員團隊開發了等離子增強型原子層淀積SiN生長技術，通過優化介質沉積前的表面處理技術，結合遠程等離子體預處理（RPP）技術，實現了高性能毫米波GaN MIS-HEMT器件。該器件具有低泄漏電流和電流崩塌效應，與常規肖特基柵結構HEMT器件對比，柵介質層的引入有效降低了載流子的散射，將溝道載流子遷移率提升18%。改善的2DEG輸運特性促進了MIS-HEMT器件的輸出功率密度，在30GHz連續波測試下實現了7.05W/mm的輸出，峰值附加功率效率51.4%，對比發現，毫米波MIS-HEMT器件在提升器件功率特性、降低器件泄漏電流等方面具有顯著的優勢，為提高毫米波頻段器件性能提供了新的技術路線。

該團隊在GaN毫米波MIS-HEMT器件方面進行了一系列深入的研究，相關研究成果分別發表于國際電機電子工程師協會期刊IEEE Electron Device Letters（DOI： 10.1109/LED.2021.3105817）， IEEE Trans. Electron Devices（DOI：10.1109/TED.2020.3037888）、VACUUM（DOI：10.1016/j.vacuum.2021.110359），論文第一作者為張昇，通信作者為魏珂、劉新宇研究員。

圖（a）和（b）毫米波MIS-HEMT器件結構圖和TEM圖； HEMT器件和MIS-HEMT器件（c）反向肖特基漏電流（d）2DEG遷移率；(e)30GHz下MIS-HEMT器件功率測試；（f）26GHz—40GHz文獻報道的毫米波HEMT和MIS-HEMT器件功率特性