PowDeR/Projects/GaNFET - MIUR PRIN 2003
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Programma di Ricerca
Nell’ambito del presente progetto di ricerca questa Unità ha il compito caratterizzare e modellizzare gli effetti dei livelli profondi nei FET a eterostruttura basati su GaN.
Più in particolare i principali obiettivi della ricerca sono:
1) la caratterizzazione dei livelli profondi nei substrati epitassiati utilizzati per la realizzazione dei FET, finalizzata alla scelta di substrati ottimi con irrilevante effetto di stati profondi sia di bulk che di interfaccia che generino collasso della corrente di drain;
2) la caratterizzazione e la simulazione numerica degli effetti dei livelli profondi di superficie indotti dal processo nei FET a basso rumore, finalizzate alla scelta della passivazione ottima per la minimizzazione degli effetti di dispersione DC-rf indotti dailivelli profondi;
3) la caratterizzazione e la simulazione numerica degli effetti dei livelli profondi di superficie indotti dal processo nei FET di potenza, finalizzate alla scelta della passivazione e distanza gate-drain che diano luogo al compromesso ottimo tra dispersione DC-rf e tensione di breakdown.
Objective of the research activity is to thoroughly characterize and model deep-level effects in GaN-based heterostructure FETs.
More specifically, the main tasks to be pursued by RU1 are:
1) the characterization of deep levels in epitaxial substrates used for FET fabrication, aiming at the selection of optimal substrates characterized by negligible bulk and interface deep devels inducing drain-current collapse;
2) the characterization and numerical simulation of the effects of deep levels induced by process at the device surface of low-noise FETs, aiming at the choice of optimal passivation for minimization of DC-to-rf dispersion effects induced by deep levels;
3) the characterization and numerical simulation of the effects of deep levels induced by process at the device surface of power FETs, aiming at the choice of passivation and gate-drain spacing resulting in optimal trade-off between DC-to-rf dispersion effects and breakdown voltage.
Descrizione della Ricerca eseguita e dei risultati ottenuti
L’attività svolta nel corso dei due anni di attività presso l’università di Modena e Reggio Emilia si è principalmente focalizzata sui seguenti argomenti:
- Simulazione degli effetti dei livelli profondi in dispositivi in GaN.
- Realizzazione di un sistema di misure impulsate per l’analisi della dispersione DC-RF.
- Analisi e miglioramento delle prestazioni di dispositivi GaN-HEMT realizzati da Alenia Marconi Systems (AMS).
- Messa a punto di banchi di misura per HEMT di potenza.
- Caratterizzazione degli effetti indotti da stress ad elettroni caldi.
I principali risultati ottenuti sono stati: a) la messa a punto di metodologie di simulazione e caratterizzaione sperimentale degli effetti dei livelli profondi che limitano le prestazioni di potenza rf dei transistor in GaN; b) aver contribuito a migliorare le prestazioni dei dispositivi GaN-HEMT realizzati da SELEX-SI, suggerendo una modifica del processo di fabbricazione che ha consentito di raggiungere densità di potenza a 2GHz pari a 3W/mm (per dispositivi su substrato di zaffiro) ed efficienze del 47%. Pur essendo ancora lontani dagli attuali record di potenza per dispositivi su substrato di zaffiro (6.5W/mm [1], 12W/mm con struttura Field-Plate [2]) l’aver raggiunto densità di potenza di 3W/mm ha importanti ricadute applicative, rappresentando il primo passo nella realizzazione di dispositivi ad alte prestazioni, e ci si aspettano miglioramenti futuri sia grazie ad ulteriori miglioramenti delle attuali tecniche di processing che al miglioramento della qualità dei materiali utilizzati. c) la realizzazione di una protezione da cortocircuito per proteggere i sistemi di misura da rotture accidentali/volute di dispositivi HEMT in nitruro di gallio d) la caratterizzazione degli effetti di stress elettrici su dispositivi HEMT e la correlazione dei fenomeni dispersivi a largo segnale con quelli a piccolo segnale. Gli stati trappola responsabili di tali fenomeni dispersivi sono stati inoltre caratterizzati, ottenendo delle energie di attivazione di 0.33eV e) lo sviluppo di tecniche di processing per la realizzazione di dispositivi GaN N-face. Si è valutata l’efficacia della passivazione in SiN su tali dispositivi ed inoltre è stata effettuata una caratterizzazione completa degli stati trappola in tali dispositivi.
Bibliografia
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Pubblicazioni
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