Vertical Gallium Nitride PowerDevices: Fabrication and Characterisation
Účinná premena energie je nevyhnutná, aby sme mohli čeliť neustále rastúcej spotrebe energie v našej spoločnosti. Vertikálne výkonové tranzistory na báze GaN poskytujú vynikajúce výkonové parametre pre spínače na konverziu energie vďaka svojej schopnosti zvládať vysoké napätia a prúdové hustoty pri veľmi nízkej spotrebe plochy.
Táto práca sa zameriava na tranzistor s poľom na báze oxidov kovov (MOSFET) s vertikálnym priekopovým hradlom, ktorého koncepčné výhody spočívajú vo výrobe zariadenia, ktorému predchádzala epitaxia GaN, a v charakteristikách režimu zosilnenia. Funkčný zásobník vrstiev pozostáva zo spodnej časti zo sekvencie vrstiev GaN n+/n--drift/p-body/n+-source. Osobitná pozornosť sa venuje dopovaniu p-GaN telesovej vrstvy Mg, čo je samo o sebe komplexná téma.
Pasivácia horčíka vodíkom zohráva zásadnú úlohu, pretože len aktívna (bezvodíková) koncentrácia Mg určuje prahové napätie MOSFETu a blokovaciu schopnosť telieskovej diódy. Špecifické výrobné výzvy tejto koncepcie súvisia s komplexnou integráciou, vytváraním ohmických kontaktov k funkčným vrstvám, špecifickou implementáciou a schémou spracovania modulu hradlovej priekopy a bočného ukončenia hrán. Maximálne elektrické pole, ktoré sa dosiahlo v pn-prechode telesovej diódy MOSFET, sa odhaduje na približne 2,1 MV/cm.
Z dvojnásobných meraní prenosu s relatívne malou hysterézou, strmým podprahovým sklonom a prahovým napätím 3 - 4 V vyplýva pomerne dobrá kvalita rozhrania Al2O3/GaN. Vo vodivom stave sa odhaduje pohyblivosť kanála približne 80 - 100 cm /Vs. Táto hodnota je porovnateľná so zariadením s dodatočným prerastaním kanála.
Ďalšie zlepšenie charakteristík vo vypnutom a zapnutom stave sa očakáva v prípade optimalizácie ukončenia zariadenia a rozhrania high-k/GaN vertikálneho hradla v priekope, resp. Zo získaných výsledkov a závislostí vyplývajú kľúčové údaje plošne efektívneho a konkurencieschopného zariadenia.