Gate-recessed AlGaN/GaN MIS-HEMT의 HTGB에 따른 문턱전압의 신뢰성에 관한 연구

Abstract

AlGAN/GaN MIS-HEMT(High electron mobility transistor)는 높은 breakdown field, 높은 carrier density, 낮은 gate leakage current와 같은 뛰어난 특성을 바탕으로 고주파 전력 소자로 각광받고 있다. 그러나 GaN 소자가 상용화되기 위해서는 소자들의 열화 메커니즘 및 신뢰성 향상을 위한 연구가 이루어져야 한다. 본 논문에서는 gate-recessed MIS(Metal-insulator-semiconductor)구조를 갖춘 GaN 파워 디바이스를 다양한 동작 조건의 실험을 통해 소자의 문턱 전압의 불안정성에 대해 분석하였으며, 활성화 에너지 추출을 통해 interfacial trap의 원인을 추적하고자 한다. 문턱 전압의 변화는 2DEG(Two dimensional electron gas)의 전자가 dielectric과 recess된 AlGaN 사이의 interfacial state에 trap 및 de-trap 현상에 의한 것으로 보이므로 여러 surface treatment를 통해 실험을 진행하였다. 주로 진행한 실험 방식은 VDS=0V 조건에서 gate bias를 가한 stress test으로 문턱 전압의 이동과 관련된 trap을 분석하기 위함이다. Gate bias는 양 전압과 음 전압의 세기를 다르게 하였으며, HTGB(High temperature gate bias)의 일환으로 같은 gate bias 조건으로 150℃에서 같은 stress test를 진행하였다. 각 surface treatment에 따른 문턱 전압의 이동과 interfacial trap의 농도와의 관계를 보기 위해 conductance method와 CET(capture-emission-time) map을 통해 interfacial trap의 농도를 추출하였다. 문턱 전압의 불안정성과 관련된 interfacial trap의 활성화 에너지가 improved VTH transient threefold technique의 방식으로 추출되었다. 세 종류의 소자 모두 0.6~0.64eV의 활성화 에너지를 가지며, 이는 문턱 전압의 이동이 gate recess에 의한 surface damage에 의한 것으로 보인다.