Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.41
no.5
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pp.23-36
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2004
A computationally efficient and accurate Monte Carlo (MC) simulator of electron beam lithography process has been developed for sub-0.l${\mu}{\textrm}{m}$ T-shaped gate formation in the HEMT devices for millimeter-wave frequencies. For the exposure process by electron to we newly and efficiently modeled the inner-shell electron scattering and its discrete energy loss with an incident electron for multi-layer resists and heterogeneous multi-layer targets in the MC simulation. In order to form the T-gate shape in resist layers, we usually use the different developer for each resist layer to obtain good reproducibility in the fabrication of HEMT devices. To model accurately the real fabrication process of electron beam lithography, we have applied the different developers in trilayer resist system By using this model we have simulated and analyzed 0.l${\mu}{\textrm}{m}$ T-gate fabrication process in the HEMT devices, and showed our simulation results with the SEM observations of the T-shaped gate process.
Fully passivated low noise AlGaAs/InGaAs/GaAs pseudomorphic (PM) HEMT with wide head T-shaped gates were fabricated by dose split electron beam lithography (DSL). The dimensions of gate head and footprint were optimized by controlling the splitted pattern size, dose, and spaces of each pattern. We obtained stable T-shaped gate of $0.15{\mu}m$ gate length with $1.35{\mu}m-wide$ head. The maximum extrinsic transconductance was 560 mS/mm. The minimum noise figure measured at 18 GHz at $V_{ds}=2V andI_{ds}=17mA$ was 0.41 dB with associated gain of 8.19 dB. At 12 GHz, the minimum noise figure and an associated gain were 0.26 and 10.25 dB, respectively. These noise figures are the lowest values ever reported for GaAs-based HEMTs. These results are attributed to the extremely low gate resistance of wide head T-shaped gate having a ratio of the head to footprint dimensions larger than 9.
A new Monte Carlo (MC) simulator for electron beam lithography process in the multi-layer resists and compound semiconductor substrates has been developed in order to fabricate and develop the high-speed PHEMT devices for millimeter-wave frequencies. For the accurate and efficient calculation of the transferred and deposited energy distribution to the multi-component and multi-layer targets by electron beams, we newly modeled for the multi-layer resists and heterogeneous multi-layer substrates. By this model, the T-shaped gate fabrication process by electron beam lithography in the PHEMT device has been simulated and analyzed. The simulation results are shown along with the SEM observations in the T-gate formation process, which verifies the new model in this paper.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics A
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v.32A
no.1
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pp.185-192
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1995
In this study, very fine photoresist pattern was examined using the image reversal process. And very fine photoriesist pattern (less than 0.2um) was obtsined by optimizing the exposure and reversal baking condition of photoresist. The produced pattern does not show the loss of thickness, and has a sparp negative edge profile. also, the ion implanted 0.25um T-shaped gate MESFET was fabricated using this resist pattern and the directional evaporation of gate metal. The fabricated MESFET has the maximum transconductance of 302 mS/mm, and the threshold voltage of -1.8V, and the drain saturation current of this MESFET was 191 mA/mm.
Yoon, Hyung Sup;Min, Byoung-Gue;Chang, Sung-Jae;Jung, Hyun-Wook;Lee, Jong Min;Kim, Seong-Il;Chang, Woo-Jin;Kang, Dong Min;Lim, Jong Won;Kim, Wansik;Jung, Jooyong;Kim, Jongpil;Seo, Mihui;Kim, Sosu
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.30
no.4
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pp.282-285
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2019
A 100-nm gate-length metamorphic high electron mobility transistor(mHEMT) with a T-shaped gate was fabricated using a two-step gate recess and characterized for DC and microwave performance. The mHEMT device exhibited DC output characteristics having drain current($I_{dss}$), an extrinsic transconductance($g_m$) of 1,090 mS/mm and a threshold voltage($V_{th}$) of -0.65 V. The $f_T$ and $f_{max}$ obtained for the 100-nm mHEMT device were 190 and 260 GHz, respectively. The developed mHEMT will be applied in fabricating W-band monolithic microwave integrated circuits(MMICs).
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.33
no.2
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pp.99-104
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2020
In this study, we fabricated a metamorphic high-electron-mobility transistor (mHEMT) device with a T-type gate structure for the implementation of W-band monolithic microwave integrated circuits (MMICs) and investigated its characteristics. To fabricate the mHEMT device, a recess process for etching of its Schottky layer was applied before gate metal deposition, and an e-beam lithography using a triple photoresist film for the T-gate structure was employed. We measured DC and RF characteristics of the fabricated device to verify the characteristics that can be used in W-band MMIC design. The mHEMT device exhibited DC characteristics such as a drain current density of 747 mA/mm, maximum transconductance of 1.354 S/mm, and pinch-off voltage of -0.42 V. Concerning the frequency characteristics, the device showed a cutoff frequency of 215 GHz and maximum oscillation frequency of 260 GHz, which provide sufficient performance for W-band MMIC design and fabrication. In addition, active and passive modeling was performed and its accuracy was evaluated by comparing the measured results. The developed mHEMT and device models could be used for the fabrication of W-band MMICs.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.3
no.3
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pp.145-152
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2003
Electrical gate and drain characteristics of double heterostructure InAlAs/InGaAs pseudomorphic HEMTs have been investigated under sub-bandgap photonic excitation ($hv). Drain $(V_{DS})-,{\;}gate($V_{DS})-$, and optical power($P_{opt}$)-dependent variation of the abnormal gate leakage current and associated physical mechanisms in the PHEMTs have been characterized. Peak gate voltage ($V_{GS,P}$) and the onset voltage for the impact ionization ($V_{GS.II}$) have been extracted and empirical model for their dependence on the $V_{DS}$ and $P_{opt} have been proposed. Anomalous gate and drain current, both under dark and under sub-bandgap photonic excitation, have been modeled as a parallel connection of high performance PHEMT with a poor satellite FET as a parasitic channel. Sub-bandgap photonic characterization, as a function of the optical power with $h\nu=0.799eV$, has been comparatively combined with those under dark condition for characterizing the bell-shaped negative humps in the gate current and subthreshold drain leakage under a large drain bias.
The impact of the gate length (Lg) on the DC and high-frequency characteristics of indium-rich In0.8Ga0.2As channel high-electron mobility transistors (HEMTs) on a 3-inch InP substrate was inverstigated. HEMTs with a source-to-drain spacing (LSD) of 0.8 ㎛ with different values of Lg ranging from 1 ㎛ to 19 nm were fabricated, and their DC and RF responses were measured and analyzed in detail. In addition, a T-shaped gate with a gate stem height as high as 200 nm was utilized to minimize the parasitic gate capacitance during device fabrication. The threshold voltage (VT) roll-off behavior against Lg was observed clearly, and the maximum transconductance (gm_max) improved as Lg scaled down to 19 nm. In particular, the device with an Lg of 19 nm with an LSD of 0.8 mm exhibited an excellent combination of DC and RF characteristics, such as a gm_max of 2.5 mS/㎛, On resistance (RON) of 261 Ω·㎛, current-gain cutoff frequency (fT) of 738 GHz, and maximum oscillation frequency (fmax) of 492 GHz. The results indicate that the reduction of Lg to 19 nm improves the DC and RF characteristics of InGaAs HEMTs, and a possible increase in the parasitic capacitance component, associated with T-shap, remains negligible in the device architecture.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SD
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v.39
no.1
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pp.18-24
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2002
n this paper, we have fabricated pseudomorphic high electron mobility transistors (PHEMT) with a 0.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ wide-head T-shaped gate using electron beam lithography by a dose split method. To make the T-shape gate with gate length of 0.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ and gate head size of 1.3 ${\mu}{\textrm}{m}$ we have used triple layer resist structure of PMMA/P(MMA-MAA)/PMMA. The DC characteristics of PHEMT, which has 0.2 ${\mu}{\textrm}{m}$ of gate length, 80 ${\mu}{\textrm}{m}$ of unit gate width and 4 gate fingers, are drain current density of 323 ㎃/mm and maximum transconductance 232 mS/mm at $V_{gs}$ = -1.2V and $V_{ds}$ = 3V. The RF characteristics of the same device are 2.91㏈ of S21 gain and 11.42㏈ of MAG at 40GHz. The current gain cut-off frequency is 63GHz and maximum oscillation frequency is 150GHz, respectively.ively.
DC and RF characteristics of $0.15{\mu}m$ GaAs power metamorphic high electron mobility transistors (MHEMT) have been investigated. The $0.15{\mu}m{\times}100{\mu}m$ MHEMT device shows a drain saturation current of 480 mA/mm, an extrinsic transconductance of 830 mS/mm, and a threshold voltage of -0.65 V. Uniformities of the threshold voltage and the maximum extrinsic transconductance across a 4-inch wafer were 8.3% and 5.1%, respectively. The obtained cut-off frequency and maximum frequency of oscillation are 141 GHz and 243 GHz, respectively. The $8{\times}50{\mu}m$ MHEMT device shows 33.2% power-added efficiency, an 18.1 dB power gain, and a 28.2 mW output power. A very low minimum noise figure of 0.79 dB and an associated gain of 10.56 dB at 26 GHz are obtained for the power MHEMT with an indium content of 53% in the InGaAs channel. This excellent noise characteristic is attributed to the drastic reduction of gate resistance by the T-shaped gate with a wide head and improved device performance. This power MHEMT technology can be used toward 77 GHz band applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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