Monolithically integrating polarization-doped InGaN p-FET and GaN n-FET for complementary logic circuitry

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作者
Jingjing Yu,Teng Li,Yunhong Lao,Junjie Yang,Jiawei Cui,Sihang Liu,Han Yang,Youyi Yin,Maojun Wang,Xuelin Yang,Kevin Jing Chen,Bo Shen,Jin Wei
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (32): eaec4563-eaec4563
标识
DOI:10.1126/sciadv.aec4563
摘要

Low-efficiency p-type impurity doping has long impeded the practical adoption of wide-bandgap semiconductors in integrated circuits (ICs). In wide-bandgap III-nitride semiconductors, the inherent polarization effects provide an alternative approach to engineering electrical properties. Here, we report the monolithic integration of polarization-doped InGaN p-channel FETs with polarization-doped GaN n-channel FETs for complementary logic (CL) circuitry. The enhancement-mode (E-mode) InGaN p-FET achieves a high current density exceeding 20 mA/mm. We construct a series of III-nitride CL building blocks, including inverter, ring oscillator (RO), NAND, NOR, RS latch, and 6T-SRAM. The inverter exhibits a high maximum voltage gain of 154.1 V/V, and the RO achieves a record short propagation delay per stage of 10.4 ns. Additionally, we demonstrate the monolithic integration of CL buffers with high-voltage GaN power transistors. These results establish the polarization-doped III-nitride CL platform as a promising solution for high-frequency power management ICs and harsh-environment electronics.
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