5 MeV proton-irradiation with total dose of $10^{15}/cm^2$ was performed on AlGaN/GaN-on-Si high electron mobility transistors (HEMTs) with various gate metals including Ni, TaN, W, and TiN to investigate the degradation characteristics. The positive shift of pinch-off voltage and the reduction of on-current were observed from irradiated HEMTs regardless of a type of gate materials. Hall and transmission line measurements revealed the reduction of carrier mobility and sheet charge concentration due to displacement damage by proton irradiation. The shift of pinch-off voltage was dependent on Schottky barrier heights of gate metals. Gate leakage and capacitance-voltage characteristics did not show any significant degradation demonstrating the superior radiation hardness of Schottky gate contacts on GaN.
The components affecting the extrinsic transconductance (gm_ext) in In0.7Ga0.3As quantum-well (QW) high-electron-mobility transistors (HEMTs) on an InP substrate were investigated. First, comprehensive modeling, which only requires physical parameters, was used to explain both the intrinsic transconductance (gm_int) and the gm_ext of the devices. Two types of In0.7Ga0.3As QW HEMT were fabricated with gate lengths ranging from 10 ㎛ to sub-100 nm. These measured results were correlated with the modeling to describe the device behavior using analytical expressions. To study the effects of the components affecting gm_int, the proposed approach was extended to projection by changing the values of physical parameters, such as series resistances (RS and RD), apparent mobility (𝜇n_app), and saturation velocity (𝜈sat).
GaAs나 InP 기반의 high electron mobility transistor (HEMT) 소자들은 우수한 마이크로파 및 밀리미터파 주파수 특성 및 이에 따른 우수한 저잡음 특성을 가지고 있다. GaAs 기판 위에 점진적으로 성장된 메타몰픽(Metamorphic) HEMTs (MHEMTs)는 InP 기판 위에 성정한 HEMT에 비해 비용 측면에서 커다란 장점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 MHEMT의 DC/RF 소신호 특성을 예측하기 위하여 InAlAs/InGaAs/GaAs MHEMT 소자들의 DC/RF 소신호 주파수 특성을 시뮬레이션하였다. 2차원 소자 시뮬레이터의 hydrodynamic 전송 모델을 사용하여 $In_{0.52}Al_{0.48}As/In_{0.53}Ga_{0.47}As$ 이종접합 구조를 갖는 제작된 0.1-${\mu}m$${\Gamma}$-게이트 MHEMT 소자에 대하여 파라미터 보정 작업을 수행한 후, MHEMT 소자들에 대해 DC 특성 및 RF 소신호 주파수 특성을 시뮬레이션하고 실험 데이터와 비교 분석하였다. 또한, 게이트 리세스 구조에 따른 MHEMT 소자들의 DC/RF 특성을 시뮬레이션하고 비교 분석하였다.
Kim, Young-Shil;Seok, O-Gyun;Han, Min-Koo;Ha, Min-Woo
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제12권4호
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pp.148-151
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2011
We designed and fabricated aluminium gallium nitride (AlGaN)/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) with stable reverse blocking characteristics established by employing a selective fluoride plasma treatment on the drainside gate edge region where the electric field is concentrated. Implanted fluoride ions caused a depolarization in the AlGaN layer and introduced an extra depletion region. The overall contour of the depletion region was expanded along the drift region. The expanded depletion region distributed the field more uniformly and reduced the field intensity peak. Through this field modulation, the leakage current was reduced to 9.3 nA and the breakdown voltage ($V_{BR}$) improved from 900 V to 1,400 V.
본 논문에서는 molecular beam epitaxy (MBE)로 성장한 AlGaN/InGaN/GaN high electron-mobility transistors (HEMTs)의 선형성과 RF dispersion 특성을 조사하였다. 전극 길이가 0.5 ㎛인 AlGaN/InGaN HEMT는 최대 전류 밀도가 730mA/mm, 최대 전달정수가 156 mS/mm인 비교적 우수한 DC 특성과 함께, 기존의 AlGaN/GaN HEMT와는 달리 높은 게이트 전압에도 완만한 전류 전달 특성을 보여 선형성이 우수함을 나타내었다. 또한 여러 다른 온도에서 측정한 펄스 전류 특성에서 소자 표면에 존재하는 트랩에 의한 전류 와해 (current collapse) 현상이 발생되지 않음을 확인하였다. 이 연구 결과는 InGaN를 채널층으로 하는 GaN HEMT의 경우 선형성이 우수하고, 고전압 RF 동작조건에서 출력저하가 발생하지 않는 고출력 소자를 제작할 수 있음을 보여준다.
Oh, Seung Kyu;Song, Chi Gyun;Jang, Taehoon;Kwak, Joon Seop
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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제13권6호
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pp.617-621
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2013
This study examined the effect of electron-beam (E-beam) irradiation on the electrical properties of n-GaN, AlGaN and AlGN/GaN structures on sapphire substrates. E-beam irradiation resulted in a significant decrease in the gate leakage current of the n-GaN, AlGaN and HEMT structure from $4.0{\times}10^{-4}A$, $6.5{\times}10^{-5}A$, $2.7{\times}10^{-8}A$ to $7.7{\times}10^{-5}A$, $7.7{\times}10^{-6}A$, $4.7{\times}10^{-9}A$, respectively, at a drain voltage of -10V. Furthermore, we also investigated the effect of E-beam irradiation on the AlGaN surface in AlGaN/GaN heterostructure high electron mobility transistors(HEMTs). The results showed that the maximum drain current density of the AlGaN/GaN HEMTs with E-beam irradiation was greatly improved, when compared to that of the AlGaN/GaN HEMTs without E-beam irradiation. These results strongly suggest that E-beam irradiation is a promising method to reduce leakage current of AlGaN/GaN HEMTs on sapphire through the neutralization the trap.
AlGaN/GaN 이종접합 구조는 이차원 전자 가스층(2-DEG)으로 인해 높은 전자이동도를 갖고 있으며, 넓은 밴드갭을 갖기 때문에 고온에서 높은 항복전압을 갖는 특성을 가지고 있어, 고전력, 고주파 전자 소자로 주목받고 있다. 이러한 이점을 갖고 있음에도 불구하고, 전류 붕괴 등의 다양한 소자 신뢰성에 영향을 주는 인자들이 있기 때문에 이를 해결하고자, 본 논문에서는 금속-유기-화학기상증착법을 이용하여 AlGaN/GaN 이종 접합구조와 SiN 패시베이션 층을 연속 증착시켰다. 이를 통해 HEMTs소자에 SiN패시베이션이 미치는 재료 특성 및 전기적 특성을 분석했으며, 결과를 바탕으로 저주파 잡음 특성을 측정해 소자의 전도 메커니즘 모델과 채널 내의 결함의 원인에 대해서 분석하였다.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제14권1호
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pp.32-35
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2013
In this paper, a manufacturing process was developed for fabricating high-quality AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) on silicon carbide (SiC) substrates. Various conditions and processing methods regarding the ohmic contact and pre-metal-deposition $BCl_3$ etching processes were evaluated in terms of the device performance. In order to obtain a good ohmic contact performance, we tested a Ti/Al/Ta/Au ohmic contact metallization scheme under different rapid thermal annealing (RTA) temperature and time. A $BCl_3$-based reactive-ion etching (RIE) method was performed before the ohmic metallization, since this approach was shown to produce a better ohmic contact compared to the as-fabricated HEMTs. A HEMT with a 0.5 ${\mu}m$ gate length was fabricated using this novel manufacturing process, which exhibits a maximum drain current density of 720 mA/mm and a peak transconductance of 235 mS/mm. The X-band output power density was 6.4 W/mm with a 53% power added efficiency (PAE).
In this paper, DC and small signal characteristics with different physical parameters are expected for p-HEMTs (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistors) with different temperatures ranging from 300K to 623K which are widely used for a low noise and/or ultra high frequency device. A device of 0.2$\times$200 ${\mu}{\textrm}{m}$$^2$dimension having very low noise has been chosen to extract the experimental data. Theoretical prediction has been obtained using a simulaor(HELENA) which needs experimental input data extracted from reverse engineering process. From the results, relation between structural parameters and temperature dependency of electrical characteristics are qualitatively explained to use in the design of descrete and integrated circuits to guarantee the optimal operation of the system.
The impact of output conductance (go) on the short-circuit current-gain cut-off frequency (fT) in In0.8Ga0.2As high-electron-mobility transistors (HEMTs) on an InP substrate was investigated. An attempted was made to extract the values of fT in a simplified small-signal model (SSM) of the HEMTs, derive an analytical formula for fT in terms of the extrinsic model parameters of the simplified SSM, which are related to the intrinsic model parameters of a general SSM, and verify its validity for devices with Lg from 260 to 25 nm. In long-channel devices, the effect of the intrinsic output conductance (goi) on fT was negligible. This was because, from the simplified SSM perspective, three model parameters, such as gm_ext, Cgs_ext and Cgd_ext, were weakly dependent on goi. However, in short-channel devices, goi was found to play a significant role in degrading fT as Lg was scaled down. The increase in goi in short-channel devices caused a considerable reduction in gm_ext and an overall increase in the total extrinsic gate capacitance, yielding a decrease in fT with goi. Finally, the results were used to infer how fT is influenced by goi in HEMTs, emphasizing that improving electrostatic integrity is also critical importance to benefit fully from scaling down Lg.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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