PowDeR/Projects/MIUR PRIN 2003

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FET a eterostruttura in tecnologia GaN per sistemi di telecomunicazioni a larga banda

Coordinatore Scientifico del programma di ricerca: GHIONE Giovanni

Responsabile Scientifico dell'Unità di Ricerca: CHINI Alessandro

Titolo del programma dell'unità di ricerca: Caratterizzazione e modellistica degli effetti dei livelli profondi in FET a eterostruttura in tecnologia GaN per sistemi di telecomunicazioni e larga banda.

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:

1. Simulazione degli effetti dei livelli profondi in dispositivi in GaN.
2. Realizzazione di un sistema di misure impulsate per l’analisi della dispersione DC-RF.
3. Analisi e miglioramento delle prestazioni di dispositivi GaN-HEMT realizzati da Alenia Marconi Systems (AMS).
4. Messa a punto di banchi di misura per HEMT di potenza.
5. 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.