在本章節中，我們將會討論擁有不同蕭基接觸(金與鎳/金)和矽氮化物表面鈍 化層加上蒸鍍鎳/金之變晶式 HEMT 的元件。因為不同結構為了方便了解我們將 分類樣本A(金)，樣本 B(鎳/金)，樣本 C(擁有矽氮化物表面鈍化層與鎳/金蒸鍍)。
以上樣本的圖式截面圖展示在圖4-1，4-2，4-3。
4-1 霍爾量測
為了研究樣本的特性，我們採用一種特別的量測方法稱為霍爾量測。為了得 到精確數據，以下條件必須滿足：
1. 接觸點是樣本的周邊。
2. 接觸點要夠小。
3. 樣本必須一樣厚。
4. 樣本表面是單點連接；換句話說，樣本沒有被分離的洞。
5. 所有樣本元件的閘極尺寸是 1.2×100μ ㎡和源極到汲極距離 10μｍ。
6. 所有元件以 KEITHLEY 4200 量測。
霍爾移動率的量測結果顯示在室溫下(300K)片載子密度 3.8×1012cm-2 擁有 10000 cm2/V-s 移動率，且在溫度 77K 下片載子密度 3.23×1012 cm-2擁有 35420 cm2/V-s 移動率。
4-2 溫度 300K 之直流特性
所有元件的閘極線寬為1.2×100 μm2和源極到汲極的距離為10 μm。所有元 件用KEITHLEY 4200 量測。
圖4-4、4-5 和 4-6 個別顯示在室溫下樣本 A、樣本 B 和樣本 C 的典型共源 極汲極電流對應 VDS的特性。圖 4-7 把樣本、樣本 B 和樣本 C 電流對應電壓特 性統整比較。樣本A 很明顯地觀察到受到紐結效應的影響。樣本 B 與樣本 C 顯 示較佳的夾止特性和較少紐結效應影響。圖 4-8、4-9 和 4-10 顯示 on-state 離子 衝擊電流密度IG對應VG，對樣本A、樣本 B 和樣本 C 在閘極電流受離子衝擊主 導下量測在不同汲-源極電壓。在圖上觀察到的「鐘型形狀」變化跟通道裡發生 離子衝擊有很大的關係。在VG-IG特性曲線的負峰值是由於收集離子衝擊所產生 的電洞結果。樣本A、樣本 B 和樣本 C 的閘極漏電流的負峰值在 VDS=2.5V 情況 下個別量測出-351.7 µA/mm、-119.5 µA/mm 和 -17.1 µA/mm。樣本 B 與樣本 C 離子衝擊現象比樣本A 小。因為較高的蕭基位障，鎳/金蕭基接觸藉由通道載子 減少而容易完全空乏通道。此外，樣本 C 比樣本 B 有更少離子衝擊電流。漸增 的SiNx表面鈍化層空乏區亦可抑制離子衝擊和紐結效應藉由減少通道的載子。
接著我們討論外質轉導特性，外質轉導(gm)和飽和汲極電流密度(IDS)是一個 閘-源極電壓(VGS)的函數，樣本 A、樣本 B 和樣本 C 在 VDS=2V 時測量，其圖型 分別顯示在圖4-11、4-12 和 4-13。圖 4-14 顯示三個樣本的 gm 、IDS一起比較與 另兩個不同的差異。
Sample A Sample B Sample C
4-1。樣本 A 的臨界電壓比樣本 B 更小，由於較高的蕭基位障高度和較少的二維
Table 4-2 Two-terminal characteristics of our studied devices
圖4-17、4-18 和 4-19 顯示樣本 A、樣本 B 和樣本 C 的外質轉導、輸出電導
導可提供較高輸出阻抗，這個對電壓增益特性是好處且釋放負載效應。
我們使用HP 8510B 網路與頻率 0.2~50GHz cascade 探針一起結合測量其微 波特性。所有樣本元件的閘極尺寸為1.2×200 μm2和源極到汲極的距離為7 μm。
樣本 A 樣本 B 樣本 C
閘極偏壓 (V) -1.6 -1.2 -0.5
fT (GHz) 24.9 27.9 21.5 fmax (GHz) 64.3 70.1 62.9 Table 4-4 fT and fmax of our studied devices for gate dimension = 1.2×200μm2
樣本 A 樣本 B 樣本 C
閘極偏壓 (V) -1.65 -1.1 -0.45
P.A.E. (%) 15.5 30.7 54.1
聯合輸出功率 (dBm) 9.2 12.1 14.5
聯合功率增益 (dB) 7.2 8.1 8.5
Table 4-5 the power performance of our studied devices at 2.4GHz
微波負載挽式功率特性被量測到是 2.4GHz。圖 4-23,4-24 和 4-25 顯示輸出 功率、功率增益和附加功率效能(PAE)對我們研究的擁有閘極線寬 1.2×200 μm2 元件輸入功率是不利的。附加功率效能(PAE)所有數值、樣本 A,樣本 B,樣本 C 在 VDS = 2.5 V 的聯合輸出功率與功率增益被統整在表 4-5。從表 4-5 可知，樣本 C 的附加功率效能(PAE)、聯合輸出功率與功率增益比其他的樣本更佳，因為閘極 漏電流少且有較大的崩潰電壓。
4-5 雜訊特性
圖4-26,4-27,4-28 顯示最小雜訊數據和聯合增益對我們研究的擁有閘極線寬 1.2×200 μm2元件頻率不利。雜訊特性藉由一台HP8970B 雜訊數據儀錶以頻率範 圍1 到 10GHz 測量。
當電流減小雜訊可被減小，因為較高的汲極電流將會產生電子散射效應則導 致雜訊減小。然而，減小電流將會減少轉導值，較小的轉導值因為越來越小的增 益導致雜訊數據增加。因此存在一個最理想的偏壓條件去達到最小雜訊特性。
Sample A Sample B Sample C Gate bias (V) -1.65 -1.2 -0.5
NFmin (dB) 1.18 0.90 1.23 Associated gain (dB) 14.94 16.62 14.44
Table 4-6 The noise performance of our studied devices at 2.4 GHz
最小雜訊數據(NFmin)方程式如下：
較高溫時，最大外質轉導值和汲極電流密度增加。圖4-33 指出 Vth特性是以一個 在VDS = 2V 情況下環境溫度從 300 K 到 450 K 的一個方程式。表 4-7 裡，受到 紐結效應輕微影響之樣本 B 的最大汲極電流密度變化率較小，因為紐結效應使 得汲極電流密度上升在較高的溫度影響較明顯。另一方面，樣本 B 有太多電子 因而降低載子限制能力和閘極控制通到能力。從表4-7 得知，樣本 C 的臨界電壓 和最大外質轉導在高溫是穩定的。
Sample B Sample C
Temperature(K) 300K 450K 300K 450K
ID,max -17.2 % -23.9 %
gm,max -22.6 % -18.2 %
Vth -9.8 % -1.6 %
Table 4-7 The variations of ID,max, gm,max and Vth from 300 K to 450 K
2. 兩端點的崩潰電壓特性
圖4-34 和 4-35 個別地顯示樣本 B 與樣本 C 在不同溫度下，兩端點閘極－汲 極崩潰電壓的溫度相依特性。反向閘極漏電流增加，有一部分是由於穿遂機制和 一部分的能寬降低。因此，樣本B 與樣本 C 因為溫度的上升崩潰電壓下降。