4-5-1 截止頻率（fT）以及最大震盪頻率（fmax）特性
樣本 A 與樣本 B 之微波特性都是在 0.2 GHz 到 50 GHz 以向量網絡分 析儀（HP-8510B）在晶圓上量測，元件的閘極尺寸為 2 × 100 µm2，汲極-源 極間距為10 微米。電晶體量測到的 S 參數可以計算出短路電流增益（H21） 以及最大功率增益（MAG）：
|𝐻21| = −2𝑆21
(1−𝑆11)(1+𝑆22)+𝑆12∙𝑆21 （4）
與
𝑀𝐴𝐺 =|𝑆21|
|𝑆12|∙ (𝑘 − √𝑘2− 1) （5）
且
𝑘 = 1−|𝑆11|2−|𝑆22|2+|𝑆11∙𝑆22−𝑆12∙𝑆21|
a222∙|𝑆12∙𝑆21| （6）
當 k 等於 1 時，MAG 被定義成最大穩定功率增益（MSG）。因此最大 穩定功率增益（MSG）可表示為下列公式:
單位電流增益截止頻率（fT）為短路電流增益（H21）在0 dB 時的頻 率，最大振盪頻率（fmax）為最大功率增益（MAG）在 0 dB 時的頻率。單 位電流增益截止頻率（fT）與最大振盪頻率（fmax）以下列公式表示:
𝑓T ≈ gm
2π(CGS+CGD) （8）
與
𝑓𝑚𝑎𝑥 ≈ 𝑓𝑇
2√𝑅𝑖∙gd （9）
其中 CGS為閘極-源極電容，CGD為閘極-汲極電容，藉由公式可以觀 察到更高的轉導值（gm）會有更好的截止頻率（fT）和最大震盪頻率
（fmax）。圖4-27、圖 4-28 顯示了樣本 A 與樣本 B 的截止頻率（fT）與最 大振盪頻率（fmax）。樣本A 的偏壓條件為 VDS = 5 V，VGS = -1.2 V，樣本 B 的偏壓條件為 VDS = 10 V，VGS = -2.3 V。結果也顯示在表 4-12 當中。
表4-12 樣本 A 與樣本 B 的截止頻率（fT）與最大振盪頻率（fmax）比較
樣本 A B
fT（GHz） 1.7 2.3
fmax（GHz） 2.0 3.7
因為元件表面懸浮鍵以及相對電容減少，所以可從數值中看出以超音 波霧化熱裂解法研製的金屬-氧化物-半導體異質結構場效電晶體能夠獲得
4-5-2
功率特性輸出功率（Pout）以及附加功率效率（P. A. E.）的公式表示為:
Pout =1
8(Imax)(BVGD − Vknee) （10）
P. A. E. = Pout−Pin
PDC × 100% （11）
其中 BVGD為閘極-汲極關閉狀態崩潰電壓，Vknee為膝點電壓，PDC為 直流消耗功率。射頻能量的直流變化量視為元件電源轉換器的附加功率效 率（P. A. E.）。圖 4-29 顯示了輸出功率（Pout）以及功率附加效率（P. A.
E.） 對輸入功率的函數，其中樣本 A 的偏壓條件為 VGS = -1.5 V，VDS = 5 V，樣本 B 的偏壓條件為 VGS = -1.5 V，VDS = 5.5 V。表 4-13 為在 2.4 GHz 環境下的功率特性。
表 4-13 2.4 GHz 環境下的功率特性
2.4 GHz 樣本 A 樣本 B
P. A. E.（%） 16.5 26.3
Pout（dBm） 6.8 10.8
Ga（dB） 18.4 24.5
由於氧化層的沉積使閘極-汲極關閉狀態崩潰電壓（BVGD）與最大 汲極-源極電流密度（IDS,max）的提高，進一步提升輸出功率（Pout），因此
4-5-3 高頻雜訊特性
本次實驗透過雜訊係數儀器（HP8970B）量測樣本 A 與樣本 B 在頻 率1 GHz 到 6 GHz 之下的雜訊表現，最小雜訊（NFmin）可近似成下列公 式：
𝑁𝐹𝑚𝑖𝑛 = 10𝑙𝑜𝑔 {1 +𝑘𝐹∙𝑓
𝑓𝑇 [𝑔𝑚𝑖(𝑅𝐺 + 𝑅𝑆)]0.5} 𝑑𝐵 （12）
且
𝑘𝐹 = 3.38 [ 𝐼𝐷𝑆
(𝐿𝑔∙𝑔𝑚)]
0.5
（13）
kF為 Fukui 常數，是一個經驗公式，IDS為量測時的汲極-源極電流，gm 為轉導值，Lg 為閘極長度。圖 4-30 顯示出樣本 A 與樣本 B 的最小雜訊
（NFmin） 與相關增益（Ga）特性，元件的閘極尺寸為2 × 100 µm2，源極 到汲極的長度為10 µm，樣本 A 的偏壓條件為 VDS = 7 V，VGS = -1 V，樣 本B 的偏壓條件為 VDS = 7 V，VGS = -2 V。表 4-14 顯示元件在 2.4 GHz 以 及 6 GHz 之下最小雜訊（NFmin）與相關增益（Ga）的數值。由於樣本B 的 氧化層可以減少元件的表面陷阱密度，所以具有較低的最小雜訊（NFmin）
和較高的相關增益（Ga）。
表 4-14 樣本 A 與樣本 B 的雜訊特性數值
樣本 A B
NF min
（dB）
2.4 GHz 5.2 3.6
6 GHz 9.5 7.9
4-5-4
低頻雜訊特性低頻雜訊為一重要參數，它決定了元件在微波應用上的性能。低頻雜 訊量測可以進一步闡明閃爍雜訊與各式製程處理間的關係，且量測時對於 半導體表面非常敏感。
汲極端雜訊藉由Agilent 35670A 放大，且輸出端使用頻譜分析儀（BTA 9812B）在 1Hz~10KHz 下進行分析。樣本操作在偏壓環境 VDS = 3 V 且 IDS = 100 mA/mm 之環境中。圖 4-31 顯示元件的低頻雜訊特性。可看出藉
由超音波霧化熱裂解法技術減少表面效應，因此樣本B 比樣本 A 有更低的
雜訊水平。不同半導體材料及結構中的雜訊，通常由虎克係數（Hooge’s coefficient）αH決定其特性，其公式如下：
αH =SI（𝑓）
I2 ∙ f ∙ N （14）
且
N = L2
Rqμ （15）
SI（f）為電流的頻譜密度，I 為流經元件的電流，f 為頻率，N 為元件 中自由電子的總數，L 為汲極到源極的間距，R 為通道電阻，μ 為遷移率。
樣本 A 之虎克係數為 7.7 × 10-5，樣本B 之虎克係數為 1.1 × 10-7。
4-5-5
脈衝模式之特性圖 4-32、圖 4-33 顯示樣本之直流及脈衝模式特性。此脈衝寬度為 10 微秒且工作週期為 0.1 %。崩潰電流偏差的公式表示為：
Ga
（dB） 6 GHz 2.1 8.5
∆CC = IDC−Ipulse
IDC × 100% （16）
表 4-15 顯示樣本 A 與樣本 B 之崩潰電流偏差。結果顯示，樣本 B 能 夠減少閘極兩側表面的崩潰電流偏差。
表 4-15 樣本 A 與樣本 B 的電流崩潰特性