Fabrication of AlN/GaN MIS-HEMT with SiN as gate dielectric and performance enhancement with ALD deposited Alumina
SiN katmanının kapı dielektriği olarak kullanıldığı AlN/GaN MIS-HEMT yapılarının üretimi ve ALD ile kaplanan Alumina ile performansının artırılması
- Tez No: 444661
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA, DR. NECMİ BIYIKLI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 89
Özet
Silikon bazlı transistörler, bant genişliği ve kırılma geriliminden kaynaklı olarak, özellikle yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları konusunda bir limite ulaşmışlardır. Daha yüksek bant genişliği ve kırılma gerilimine sahip olması sebebiyle, GaN temelli transistörler, yüksek güç ve yüksek frekans uygulamaları için uygun malzemeler olarak görulmektedirler. özellikle AlN/GaN heteroyapıları, arayüzeyindeki 2D Elektron Gazı kaynaklı yüksek elektron mobilitesi sayesinde bu tip uygulamalar için uygun bir aday haline gelmektedir. Bu özellikleri sayesinde, bu yapılar üzerine geliştirilen yüksek elektron mobiliteli transistörler(HEMT), Silikon temelli transistörlere göre daha yüksek gerilim ve frekans altında çalışabilirler. Ayrıca, günümüz elektronik teknolojisinin Silikon temelli olması sebebiyle, AlN/GaN HEMT yapılarının Silikon örnekler üzerine büyütülmesi, bu teknolojinin günümüz sistemlerine entegrasyonunu kolaylaştıracaktır. Fakat, bu transistörler, daha fazla enerji tüketimine sebep olacak şekilde yüksek kapı kaçak akımı problemine sahiptirler. Bu sorun için geliştirilen çözümlerden biri, MIS-HEMT adı verilen, kapı kontağı altında bir dielektrik malzeme bulunan transistörlerdir. Bu çalışmada, Silikon üzerine MOCVD tekniği ile büyütülen AlN/GaN örnekler kullanılmıştır. Transistörlerin üretimine başlamadan önce, bu örnekler üzerine ohmik kontakların yapılabilmesi için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sonra farklı dielektrikler kullanarak iki farklı MIS-HEMT yapısı üretilmiş ve karakterize edilmiştir. İlk tip transistörlerde MOCVD ile büyütülen SiN, kapı dielektriği olarak kullanılırken, ikinci tip transistörlerde, kapı kaçak akımını düşürmek amacıyla kapı kontağı altında, SiN üzerine ALD tekniği ile alumina büyütülmüştür. Her iki transistörde de +2V kapı gerilimine kadar kapı üzerinden kontrol özelliği korunmuştur. Alumina büyütülmesinden sonra, yüksek negatif gerilim altındaki kapı kaçak akımında en az üç derecelik bir düşüş gözlenmiştir. Ayrıca, düşük negatif gerilim altında 10^(-10) -10^(-11)A aralığında kapı kaçak akımı gözlenmiştir. Bunların dışında, 2µm kapı uzunluğuna sahip örneklerde, 2.57mS'lik transkondüktans değeri elde edilmiş ve bu değer, alumina kaplanması ile 1.71mS'e düşmüştür.
Özet (Çeviri)
Silicon based transistors reached a limit, especially for high power and high frequency applications due to their relatively low bandgap and breakdown voltage. With its higher bandgap and breakdown voltage, GaN based transistors are promising devices for high power and high frequency applications. In particular with its high mobility due to the 2D Electron Gas at its interface, AlN/GaN heterostructure is a promisimg option to be used for such applications. High Electron Mobility Transistors(HEMT) fabricated on this heterostructure can work under higher voltages and higher frequencies when compared with standard silicon based transistors due to these superior properties. Also, as current electronics technology is mostly depend on Silicon based circuits, fabrication of these AlN/GaN HEMTs on Silicon substrates will provide easiness to integrate this technology to current systems. However, these transistors can suffer from high leakage currents, which can cause a high power consumption problem. One solution to this problem is depositing a dielectric under gate area and such kind of transistors are called as MIS-HEMTs. In this thesis, MOCVD grown AlN/GaN on Silicon samples are used for fabrication of MIS-HEMTs. Before the fabrication of the transistors, a study on formation of ohmic contacts on these samples is performed. Then, two different AlN/GaN MIS-HEMTs with different gate dielectrics are fabricated and characterized. First type of samples have MOCVD grown SiN as gate dielectric and for second type of transistors, an alumina layer is deposited with ALD on top of SiN under gate area to decrease the gate leakage. Both of the transistors can remain gate control up to +2V gate bias. At least a three order of magnitude of decrease in gate leakage current is observed for high negative gate biases after deposition of alumina. Also, a gate leakage current in the order of 10^(−10) −10^(−11)A is observed for lower negative biases. A peak transconductance of 2.57mS is obtained for the transistors with gate length of 2μm, which is decreased to 1.71mS after alumina deposition.
Benzer Tezler
- GaN temelli yüksek elektron mobiliteli transistör (HEMT) tasarımı, fabrikasyonu ve karakterizasyonu
Design, fabrication and characterization of GaN based high electron mobility transistors (HEMT)
ÖZGÜR KELEKÇİ
Doktora
Türkçe
2011
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- 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
- Growth and characterization of boron nitride thin films and nanostructures using atomic layer deposition
Bor nitrür ince filmlerin ve nanoyapıların atomik katman biriktirme yöntemi ile büyütülmesi ve karakterizasyonu
ALİ HAİDER
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Seramik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assist. Prof. Dr. NECMİ BIYIKLI
- Yüksek ısıl iletkenliğe sahip silisyum nitrür üretimi ve karakterizasyonu
The production and characterization of silicon nitride having high thermal conductivity
PINAR UYAN
Doktora
Türkçe
2015
Seramik MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiSeramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET TURAN