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Korean Chemical Engineering Research, Vol.60, No.2, 313-319, May, 2022
게이트 하부 식각 구조 및 HfO 2 절연층이 도입된 AlGaN/GaN 기반 전계 효과 트랜지스터
AlGaN/GaN Field Effect Transistor with Gate Recess Structure and HfO 2 Gate Oxide
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초록
HfO2을 게이트 산화막으로 갖는 AlGaN/GaN 기반 고이동도 전계효과 트랜지스터(high electron mobility transistor, HEMT)의 노멀리 오프(normally-off) 작동 구현을 위하여 게이트 리세스(gate-recess) 깊이에 따른 소자 특성이 시뮬레 이션을 통하여 분석되었다. 전통적인 HEMT 구조, 3 nm의 두께를 갖는 게이트 리세스된 HEMT 구조, 게이트 영역에 AlGaN 층을 갖지 않는 HEMT 구조가 모사되었다. 전통적인 HEMT 구조는 노멀리 온(normally-on) 특성을 나타내었 으며, 0 V의 게이트 전압 및 15 V의 드레인 전압 환경에서 0.35 A의 드레인 전류 특성을 나타내었다. 3 nm의 두께를 갖는 게이트 리세스된 HEMT 구조는 2DEG(2-dimensional electron gas) 채널의 전자 농도 감소로 인해, 같은 전압 인 가 조건에서 0.15 A의 드레인 전류 값을 보였다. 게이트 영역에 AlGaN 층을 갖지 않는 HEMT 구조는 뚜렷한 노멀리 오프 동작을 나타내었으며, 0 V의 동작전압 값을 확인할 수 있었다.
AlGaN/GaN based HfO2 MOSHEMT (metal oxide semiconductor high electron transistor) with different gate recess depth was simulate to demonstrate a successful normally-off operation of the transistor. Three types of the HEMT structures including a conventional HEMT, a gate-recessed HEMT with 3 nm thick AlGaN layer, and MIS-HEMT without AlGaN layer in the gate region. The conventional HEMT showed a normally-on characteristics with a drain current of 0.35 A at VG = 0 V and VDS = 15 V. The recessed HEMT with 3 nm AlGaN layer exhibited a decreased drain current of 0.15 A under the same bias condition due to the decrease of electron concentration in 2DEG (2-dimensional electron gas) channel. For the last HEMT structure, distinctive normally- off behavior of the transistor was observed, and the turn-on voltage was shifted to 0 V.
- Weimer PK, Proc. IRE., 50(6), 1462 (1962)
- Fei X, Wang Y, Luo X, Cao F, Yu C, Superlattices Microstruct., 114, 314 (2018)
- Choi J, Kim S, Kim H, Korean J. Chem. Eng., 35(6), 1348 (2018)
- Shekar B, Lee J, Rhee S, Korean J. Chem. Eng., 21(1), 267 (2004)
- Mishra UK, Parikh P, Wu YF, Proc. IEEE, 90(6), 1022 (2002)
- Wu YF, Kapolnek D, Ibbetson JP, Parikh P, Keller BP, Mishra UK, IEEE Trans. Electron Devices, 48(3), 586 (2001)
- Kobayashi T, Abe H, Niimura Y, Yamada T, Kurosaki A, Hosen T, Fujihira T, Proc. ISPSD, 435 (2001)
- Saito W, Takada Y, Kuraguchi M, Tsuda K, Omura I, Ogura T, Ohashi H, IEEE Trans. Electron Devices, 50(12), 2528 (2003)
- Kaminski N, Hilt O, IET Circuits Devices Syst., 8(3), 227 (2014)
- Liu S, Yang S, Tang Z, Jiang Q, Liu C, Wang M, Chen KJ, “Performance Enhancment of Normally-Off Al2O3/AlN/ GaN MOS-Channel HEMTs with and ALD-Grown AlN Interfacial Layer,” Proc. of the 26th Int. Symp. Power Semiconductor Devices & IC’s (ISPSD), 362-365(2014).
- Chen KJ, Yuan L, Wang MJ, Chen H, Huang S, Zhou Q, Zhou C, Li BK, Wang JN, “Physics of Fluorine Plasma ion Implantation for GaN Normally-off HEMT Technology,” Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet., 19.4.1-19.4.4(2011).
- Uemeto Y, Hikita M, Ueno H, Matsuo H, Ishida H, Yanagihara M, Ueda T, Tanaka T, Ueda D, IEEE Trans. Electron Devices, 54(12), 3393 (2007)
- Wang H, Wang J, Li M, Cao Q, Yu M, He Y, Wu W, IEEE Trans. Electron Devices Lett., 39(12), 1888 (2018)
- Zhao Y, Wang C, Zheng X, Ma X, He Y, Liu K, Li A, Peng Y, Zhang C, Hao Y, Solid-State Electron., 163, 107649 (2020)
- Zhao Y, Xu S, Tao H, Zhang Y, Zhang C, Feng L, Peng R, Fan X, Du J, Zhang J, Hao Y, Materials, 14(1), 144 (2021)