Growth, characterization and fabrication of AlGaN/GaN high electron mobility transistors on silicon carbide substrates
Yüksek elektron mobiliteli transistörlerin silisyum karbür alttaşlar üzerine büyütülmesi, karakterizasyonu ve fabrikasyonu
- Tez No: 355331
- Danışmanlar: DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, PROF. DR. RAŞİT TURAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Epitaksiyel büyütme, mikrofabrikasyon, MOCVD, HEMT, AlGaN/GaN HEMT
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Geniş bant aralığına sahip yarı iletken teknolojisi geçtiğimiz yıllarda mikroelektrik uygulamalar için oldukça ilgi çekmiştir. Üstün materyal özellikleri sayesinde alüminyum galyum nitrür (AlGaN) ve galyum nitrür (GaN) heteroeklemler yüksek güç ve yüksek frekans aygıt üretimi için en çok umut vaat eden adaylardır. Silikon karbür (SiC), silikon ve safire kıyasla yüksek ısıl iletkenliğine ve GaN ile düşük örgü uyumsuzluğuna sahip olması nedeni ile GaN büyütmeleri için en uygun alttaştır. Bu tezde AlGaN/GaN heteroeklem yapılarının metal organik buhar fazı epitaksi yöntemi ile büyütülmesi ve yüksek elektron mobiliteli tansistör aygıtları olarak fabrikasyonu üzerine çalışılmıştır. Tezin ilk bölümünde SiC alttaş üzerine yüksek dirençli GaN büyütmesi optimize edilmiştir. Elektriksel ölçümler sonucunda 1011 Ω/sq kadar yüksek GaN tabaka direnci elde edilmiştir. İkinci olarak, optimize edilen GaN tampon tabakası üzerine, alüminyum oranı %17 den 31'e değişen AlGaN/GaN heteroeklem yapıları büyütülmüştür. Yapısal ve elektriksel karakterizasyonlar gerçekleştirilmiştir. X-ışını difraktometresi taramaları; heteroeklemlerin GaN ve AlGaN için sırasıyla ~300 ve ~350 ark-saniye yarı maksimumdaki tam genişlik değerleri ile iyi bir kristal kalitesine sahip olduğunu doğrulamıştır. Ek olarak, 2 boyutlu elektron gazı (2BEG) mobilite değerleri 1150-1643 cm2/V.s arasında, tabaka taşıyıcı konsantrasyon değerleri 1013 cm-2 mertebesinde ve tabaka direnç değerleri 273-464 Ω/sq arasında elde edilmiştir. Son olarak, AlGaN /GaN yapıları HEMT aygıtlar olarak fabrike edilmiş ve doğru akım çıkış ve transfer karakteristikleri incelenmiştir. %31 alüminyum oranına sahip AlGaN /GaN aygıtından 1210 mA/mm maksimum akaç akım yoğunluğu, 288 mS/mm geçiş iletkenliği ve 14 V kırılma voltajı elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Wide bandgap semiconductor technology for electronics have received great attention over the last several years. Heterostructures composed of aluminium gallium nitride (AlGaN) and gallium nitride (GaN) are promising candidates for the fabrication of high power and high frequency devices due to their superior material properties. Silicon carbide (SiC) is the most suitable substrate for GaN growth because of its high thermal conductivity and lower lattice mismatch with GaN compared to silicon and sapphire. This thesis investigates the epitaxial growth of AlGaN/GaN heterostructures using metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) on 6H-SiC substrates and further application of these heterostructures as high electron mobility transistor (HEMT) devices. In the first part of the thesis, the growth of highly resistive GaN on SiC was optimized. Resistivity values as high as 1011 Ω/sq was obtained from electrical measurements. Secondly, on the optimized GaN buffer, AlGaN/GaN heterostructures with different aluminium contents from 17 to 31% were grown. Structural and electrical characterizations have been done. Heterostructures revealed full width half maximum (FWHM) values of ~300 and ~350 arcsec for GaN and AlGaN, respectively, indicating a good crystal quality. Furthermore, the two dimensional electron gas (2DEG) mobilities between 1150-1643 cm2/V.s, sheet concentrations on the order of 1013 cm-2 and sheet resistance values between 273 and 464 Ω/sq were obtained. Finally, HEMT devices were fabricated from AlGaN/GaN heterostructures and DC output and transfer characteristics were measured. The AlGaN/GaN HEMT device with an aluminium content of 31% exhibited maximum drain current density of 1210 mA/mm, while a peak transconductance of 288 mS/mm and breakdown voltage of 14 V was achieved. Keyywords: Epitaxial growth, microfabrication, MOCVD, HEMT, AlGaN/GaN HEMT
Benzer Tezler
- Nano-scale chemically modified thin film characterization for chemical mechanical planarization applications
Nano-boyutta kimyasal modifiye edilmiş ince filmlerin kimyasal-mekanik düzleştirme uygulamaları için karakterizasyonu
AYŞE KARAGÖZ
Doktora
İngilizce
2015
Mühendislik BilimleriÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. GÜL BAHAR BAŞIM DOĞAN
- Atomic layer deposition of III-nitrides and metal oxides; their application in area selective ALD
III-nitratların ve metal oksitlerin atomik katman kaplamısı; bunların alan seçici ALD'deki uygulamaları
ALI HAIDER
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. AYKUTLU DANA
DR. NECMİ BIYIKLI
- The growth, fabrication and characterisation of high performance AlxGa1-xN metal-semiconducto-metal photodiodes
Yüksek performanslı AlxGa1-xN metal-yarıiletken-metal fotodiyotların büyütülmesi, üretilmesi ve karakterizasyonu
SERKAN BÜTÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2006
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. EKMEL ÖZBAY
- Ultraviolet-visible nanophotonic devices
Morötesi-görünür bölge nanofotonik aygıtlar
BAYRAM BÜTÜN
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY