Yüksek güç uygulamaları için galyum nitrür temelli yüksek elektron hareketlilikli transistör tasarımı, fabrikasyonu ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, yüksek güç uygulamaları için yeni epitaksiyel yapılar, Metal Organik Kimyasal Buhar Biriktirme (MOCVD) yöntemi ile büyütüldü. Büyütülen bu yapıların elektriksel ve yapısal incelemeleri için Fotolüminesans (PL) Ölçüm Sistemi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), X-Işını Kırınımı (XRD), Hall Etkisi Ölçüm Sistemi, Diferansiyel Girişim Kontrast (DIC) Mikroskobu ve Mekanik Profilometre kullanıldı. Büyütülen bu epitaksiyel yapılar üzerinde yüksek elektron hareketlilikli transistör (HEMT) aygıt fabrikasyonu yapıldı. DC I-V ve RF (Radyo Frekans) güç ölçümleri alınarak yüksek güç uygulamaları için deneysel yollarla en uygun epitaksiyel yapı belirlendi. Belirlenen bu epitaksiyel yapı üzerinde Silvaco ATLAS programı kullanılarak X-bant aralığında (8-12 GHz) çalışacak yüksek güçlü HEMT aygıtlar için aygıt yapısı simülasyon çalışmaları yapıldı. Yapılan simülasyon çalışmalarında; gate (kapı) uzunluğu 〖(L〗_G), 300 nm olmak üzere gate-kaynak (source) arası mesafe 〖(L〗_GS) artıkça maksimum doyum akımının 〖(I〗_DSS), geçiş iletkenliğinin 〖(g〗_m) ve maksimum DC çıkış gücünün 〖(P〗_(DC_max⁡)) azaldığı ve akaç (drain)-kaynak arası mesafe 〖(L〗_DS) arttıkça I_DSS, g_m ve kırılma geriliminin 〖(V〗_br) de çok değişmediği görüldü. Simülasyon çalışmaları sonucunda L_G 300 nm olmak üzere L_GS ve L_DS için optimum değerler, ardışık olarak 800 nm ve 3 µm olarak belirlendi. Bu değerler kullanılarak Alan Levhalı I-gate, Si3N4 Üzerinde Duran Gama (Γ)-Gate ve Bir Kısmı Si3N4 İçine Gömülü ve Bir Kısmı da Havada Duran Gama (Γ)-Gate yapılı HEMT aygıtlar simüle edildi ve bu gate tipleri için optimum değerler belirlendi. Optimum simülasyon sonuçları kullanılarak I-gate (Tip-1), Alan Levhalı I-gate (Tip-2), Si3N4 Üzerinde Duran Gama (Γ)-Gate (Tip-3), Oyuklu (Recessed) Gama (Γ)-Gate (Tip-4) ve Bir Kısmı Si3N4 İçine Gömülü ve Bir Kısmı da Havada Duran Gama (Γ)-Gate (Tip-5) tipleri için HEMT aygıt fabrikasyonları yapıldı. Değişik gate yapıları içeren bu aygıtlar için; maksimum doyum akımı〖(I〗_DSS), geçiş iletkenliği 〖(g〗_m), eşik voltaj 〖(V〗_th), akım kazancı kesilim frekansı 〖(f〗_T), maksimum salınım frekansı 〖(f〗_max) ve 8 GHz'de küçük-sinyal kazancı ve RF çıkış gücü 〖(P〗_out) karşılaştırması yapıldı. RF çıkış gücü 〖(P〗_out); gate yapısı, alan levhalı yapıdan gama gate'li yapıya dönüştürüldüğünde 1 dB artmaktadır. V_th, g_m, f_T ve f_max değerleri; gate ayağı ile başı arasındaki dielektrik tabakasının kalınlığı minimize edildiğinde maksimum olmaktadır. Gate için oyuk (recess) oluşturmak, I_DSS değerini düşürmekte ancak P_out değerini arttırmaktadır.