Fabrication of AlN/GaN MIS-HEMT with SiN as gate dielectric and performance enhancement with ALD deposited Alumina

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.