Study on Gate Leakage and Breakdown Characteristics of Al2O3/AlGaN/GaN MISHFETs : Al2O3/AlGaN/GaN MISHFET 소자의 게이트 누설전류와 항복전압 특성에 관한 연구 :

안호균

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자료유형: 학위논문

저자정보: 안호균 (경북대학교, 경북대학교 대학원)

지도교수: 이정희.

발행연도: 2016

저작권: 경북대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수8

이 논문의 연구 히스토리 (2)

2016

Study on Gate Leakage and Breakdown Characteristics of Al2O3/AlGaN/GaN MISHFETs : Al2O3/AlGaN/GaN MISHFET 소자의 게이트 누설전류와 항복전압 특성에 관한 연구

안호균 전자전기컴퓨터학부 2016.01 학위논문

2013

[포스터] Gate-connected Field Plate를 포함하는 Normally-off AlGaN/AlN/GaN MISFET 특성 연구

안호균 , 배성범 , 장우진 외 9명 대한전자공학회 학술대회 2013.07 학술대회자료

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GaN계 질화물 반도체는 Si 보다 3배 큰 대역간극 (band gap)으로 인해 높은 항복 전압을 구현할 수 있고, 포화 전자 이동도가 높아 전류 또한 크게 증가할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 물질적 장점을 기반으로 한 AlGaN/GaN 이종접합 구조를 이용한 소자는 높은 2차원 전자 가스 (2DEG)층을 채널로 사용하며, 높은 항복전압으로 인해 높은 전압에서 구동이 가능하고, 높은 전류밀도를 가지며, 그로 인해 RF 대역에서높은 전력밀도를 나타낼 수 있다. AlGaN/GaN 이종접합 구조 소자를 전력반도체 분야에 적용할 경우, 높은 전압에서의 on-off 구동이 가능하다. 그러나, AlGaN/GaN 이종접합 구조 소자에서는 반도체 표면 및 계면에 존재하는 트랩영역으로 인한 소자 성능 저하 등의 현안이 존재하며, 이를 극복하기 위하여 반도체 표면의 패시베이션 공정, 반도체 표면에 대한 플라즈마 처리 공정, 높은 항복전압 확보를 위한 전계전극 공정 등의 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구에서는 오믹공정, 소자격리공정, 페시베이션 공정 등 단위공정들을 연구하였고, 이를 바탕으로 하여 AlGaN/GaN 이종접합 구조에 알루미나(Al2O3)막을 게이트 유전막으로 적용한 AlGaN/GaN/MISHFET 소자를 제작하였고, MIS-type 게이트 구조를 가지는 GaN 소자에 대해서 게이트 유전막으로 적용된 알루미나(Al2O3)막이 불소계 플라즈마에 노출되었을 경우의 소자 특성에 미치는 영향이 조사되었다. 아울러 소자의 항복전압 향상을 위해 일부 영역에 대해서 리쎄스 영역을 가지는 전계전극을 구비한 MIS-type 게이트 구조를 가지는 normally-off 소자를 개발하여, 소자의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.

#GaN #AlGaN #MISHFET #gate #field plate

1. Introduction 1
1.1 Overview 1
1.2 Environmental Issues in GaN Power Electronics 2
1.3 Power Device Trends 4
1.4 GaN Device in Power Switching Applications 8
1.5 GaN Device in RF applications 10
1.6 Requirement for the GaN based HFETs 12
1.7 Outline 14
1.8 Reference 15
2. Background 21
2.1 Properties of GaN Material 21
2.2 Figures of Merit for Gallium Nitride 25
2.2.1 Keyes’ Figure of Merit 26
2.2.2 Johnson’s Figure of Merit 26
2.2.3 Baliga’s Figure of Merit 27
2.3 MOCVD Epitaxial Growth 28
2.4 AlGaN/GaN Heterostructure 31
2.4.1 Conduction Band Discontinuity 32
2.4.2 Piezoelectric and Spontaneous Polarizations 33
2.5 Device Physics of AlGaN/GaN HEMT 36
2.6 Analytical Characterization Methods 40
2.6.1 Auger Electron Spectroscopy 40
2.6.2 X-ray photoelectron spectroscopy 44
2.7 Electrical parameter in MISHFETs 45
2.7.1 Tunneling Current 45
2.7.2 Mobility [61] 49
2.7.3 Subthreshold Swing St [67] 53
2.7.4 Off-state breakdown voltage [1] 55
2.8 Issues of GaN MISHFET for RF and Power Application 57
2.9 Reference 59
3. Effect of Cf4 Plasma-exposed gate dielectric on the performance of AlGaN/GaN MISHFET 68
3.1 Motivation of CF4 Plasma Treatment 68
3.2 Experimental procedure and device fabrication procedure 69
3.3 Analysis of CF4 Plasma-exposed Al2O3 Gate Dielectric 73
3.4 Effect of CF4 Plasma-exposure of Al2O3 Gate Dielectric on the Device Performance 77
3.5 Reference 87
4. Normally-off Al2O3/GaN MISHFET with Selective Area-recessed Field Plate 90
4.1 Motivation 90
4.2 Device Fabrication 91
4.3 Effect of Selective Area-recessed Field Plate 94
4.4 Simulation Result of Selective Area-recessed Field Plate 98
4.5 Reference 100
5. Conclusion 103

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