元件的直流轉換特性，外部轉導（gm）是在汲極-源極偏壓(VDS)在 7 V 傳統 HEMT（樣品 A），8 V TiO2-MOS-HEMT (樣品 B)，10 V FP-TiO2- Al2O3-MOS-HEMT (樣品 C）在室溫下，在表 4-6 和圖 4-16 至圖 4-18 所示。
樣品 A 至樣品 C 的比較，最大外部轉導(gm,max)為 221.2mS / mm，
194.7mS / mm，和 210.1mS / mm。由於沉積高 k 氧化物作為介電質並
增加了閘極與通道之間的有效調變距離。閘極電壓擺幅GVS，定義為
(gm,max)值下降 10%的位置樣品 A 至樣品 C 的 GVS 值確定為 0.5V，
2.5V，和 1.8V。由於抑制了閘極漏電流，MOS-HEMT 具有更大的 GVS。
次臨界擺幅(SS)為一個典型的參數，用來描述閘極控制的能力，分別 為 125.2 mV/dec，117.5 mV/dec，和 102.3 mV/dec。IDSS0分別為427.78 mA / mm，256.3 mA / mm，670.3 mA / mm，顯示 MOS-HEMT 在 USPD 沉積後改善了表面狀態密度和鈍化懸浮鍵進而改善了電流。臨界電壓 Vth，定義為√IDS和閘極偏壓相交的截距。樣品 A 與樣品 C 的 Vth值 分別為- 4.2，- 3.7 和- 4.6V。另一方面，開/關電流比（Ion/Ioff)被確定為 1.7 × 105, 6.35 × 105和8.2× 1010。
表 4-6 轉換特性總結
4-4 低頻雜訊特性
低頻雜訊在微波裝置應用中是很重要的數據。進行了低頻雜訊測 量，以進一步雜訊與各種之間的關係，測量方案對半導體表面敏感。
通過（Agilent 35670A）放大汲極雜訊電壓，並將輸出饋送到頻率範圍 為 1Hz~10 KHz 的（BTA 9812B）頻譜分析儀。偏壓條件是樣品VDS= 3V（IDS-VD特性的線性區域）和IDS為100mA / mm。圖 4-19 顯示了所 有樣品的低頻雜訊特性。這表明 MOS-HEMT 具有比傳統 HEMT 更
低的雜訊，因為使用 USPD 技術降低了表面特性。不同半導體材料和
結構中的雜訊通常以 Hooge 係數αH為特徵。該等式可表示為：
αH = SI(𝑓)
I2 ∙ f ∙ N (4) N = L2
Rqμ (5)
樣品 A B C
IDSS0 (mA/mm) 427.78 256.3 670.3
gm,max (mS/mm) 221.2 194.7 210.1
GVS (V) 0.5 2.5 1.8
Vth (V) -4.2 -3.7 -4.6
SS(mV/decade) 125.2 117.5 102.3
Ion/Ioff ratio 1.7 × 105 6.35 × 105 8.2× 1010
其中SI(𝑓) 是電流的光譜密度，I 是流經元件的電流，f 是頻率，N 是
元件中自由載子的總數。其中 L 是汲極至源極的間隔，R 是通道的電
阻，μ 是電子移動率。的 Hooge 係數分別為樣品 A 為 7.7×10−5，樣 品 B 為 4.9×10−7，樣品C 為 9.7×10−8。
4-5-1 雙端崩潰電壓特性
所有元件的雙端截止閘極–汲極崩潰電壓（BVGD），導通電壓（Von） 和漏電流密度特性，包括傳統的 HEMT（樣品 A）和 MOS-HEMT（樣 品 B）在室溫時如圖 4-20 所示。BVGD和 Von定義為閘極電流IGD達到 1mA / mm 的電壓，如圖 4-21 所示。樣品 A 至樣品 C 的 BVGD / Von值 分別為 - 126 V / 3.39 V， - 143.5 V / 3.86 V 和 - 311.1 V / 7.74 V。樣 品 A 至樣品 C 的漏電流密度值為 1.4×10-2mA / mm， 4.1×10-3mA / mm 和 5.1×10-9 mA / mm。與樣品 A 相比，結果顯示，USPD 沉積氧化鋁 (Al2O3)氧化物層可以提高 BVGD 和 Von，從而抑制閘極漏電流，降低 閘極與汲極之間的電場。此外，漏電流降低了一萬倍，也可以表示閘 極氧化層中的陷阱被鈍化。
4-5-2 三端崩潰導通電壓特性
圖 4-22 至圖 4-24 表示了傳統 HEMT（樣品 A），MOS-HEMT（樣 品 B），具有場板的 MOS-HEMT 的三端導通崩潰電壓（BVon）（樣品 C）。
包括樣品 A 至樣品 C 的元件的比較，BVon分別確定為 83V，141.5V
4-6-1 與溫度相關的輸出特性
元件（樣品 A）的汲極-源極電流密度（IDS）與汲極-源極電壓（VDS） 特性從 300K 加熱到 450 K，每 50 K 測量一次。汲極-源極的偏壓為 0 V 到 15 V，樣品 A 的閘極電壓偏壓為 3 V，樣品 B 和樣品 C 的閘極 電壓偏壓為 3V 如圖 4-25、圖 4-26 和圖 4-27 所示。
結果證明，汲極電流密度隨著溫度的升高而降低，由於載子散射 降低了電子遷移率，並且在高溫下濃度略有增加。表 4-8 至表 4-10 分 別顯示樣品 A 至樣品 C 300K 至 450K 的 ID, max。
表 4-8 傳統 HEMT(樣品 A)300K-450K 與溫度相關的 DC 特性
樣品A 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
ID,max
(mA/mm) 546.6 464.7 407.3 353.9 26.9%
表4-9 TiO2-MOS-HEMT(樣品 B) 300K-450K 溫度相關的 DC 特性
樣品 B 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
ID,max
(mA/mm) 813.9 792.6 694.9 578 28.9%
表 4-10 TiO2-Al2O3- MOS-HEMT (樣品 C) 300K-450K 與溫度相關的 DC 特性
樣品C 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
ID,max
(mA/mm) 868 738.7 650 565.5 34.8%
4-6-2 與溫度相關的崩潰特性
圖 4-28 至圖 4-30 顯示了樣品 A 至樣品 C 從 300 K 到 450 K 的崩 潰特性。汲極-源極電壓偏壓為 7 V，對於樣品 A，閘極電壓偏壓從 2V 到-6V。由於溫度升高導致汲極電流密度衰減，我們觀察到崩潰電壓 隨著溫度升高而降低。表 4-11 至表 4-13 分別表示了樣品 A 至樣品 C 的崩潰電壓，溫度範圍為 300K 至 450K。
表4-11 傳統 HEMT(樣品 A) 300K-450K 與溫度相關的崩潰特性
樣品 A 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
BVGD
(V) - 127 - 113.5 - 104.5 - 96.5 24.1%
BVDS
(V) 83.4 69.1 61.8 50.3 26.9%
表4-12 TiO2-MOS-HEMT (樣品 B) 300K-450K 與溫度相關的崩潰 特性
樣品 B 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
BVGD
(V) - 143.5 - 136.5 - 125 - 110 23.3%
BVDS
(V) 141.5 132.5 121.2 108.3 23.5%
表 4-13 TiO2-Al2O3-MOS-HEMT (樣品 C) 300K-450K 與溫度相關的 崩潰特性
樣品C 300 K 350 K 400 K 450K 特性變化
BVGD
(V) - 311.1 - 292.1 - 266.9 - 252 18.9%
BVDS
(V) 237.6 233.1 222.1 212.3 10.6%
4-7-1 功率特性
輸出功率（Pout）和功率附加效率（P.A.E.）可表示為
Pout = 1
8(Imax)(BVgd− Vknee) (6) P. A. E = Pout−Pin
PDC × 100% (7) 其中 BVGD是閘極–汲極崩潰電壓，Vknee是拐點電壓，PDC是直流電源，
由測試裝置執行的簡單功率測量，優化了源極和負載阻抗兩個雙調諧 器，以及一個功率檢測器集成的帶通濾波器，以確保在基頻上的正確 功率讀數，對於樣本 A 操作，性能接近於夾止。
圖 4-31 顯示了輸出功率（Pout）和功率附加效率（P.A.E.）與輸入 功率的函數關係，樣品 A 的偏壓為 VGS = - 1.5 V， VDS = 5 V，對於 樣品 B，VGS = - 1.5V，VDS = 6V，對於樣品 C，VDS = - 1V，VDS = 10V。如表 4-14 所示，所有元件均以 2.4 GHz 運行。
表 4-14 所有樣本的功率特性
2.4 GHz 樣品 A 樣品 B 樣品 C
P.A.E(%) 16.5 23.9 39.9
Pout (dBm) 6.8 9.85 16.5
Ga (dB) 18.4 21.9 23.2
在氧化物沉積之後獲得 Pout 性能的改善，這可歸因於更高的 BVGD，
IDS,max，因此，結果證明 P. A. E.在同一 Pin 時更好。
4-7-2 高頻雜訊特性
傳統 HEMT 和 MOS-HEMT 的雜訊性能是使用 HP 8970B 雜訊係 數計在 1 至 6 GHz 的頻率範圍內測得的。最小雜訊係數（NFmin）可近 似為以下 Fukui 方程：
𝑁𝐹𝑚𝑖𝑛 = 10𝑙𝑜𝑔 {1 +𝑘𝐹∙𝑓