고전력 소자용 AlGaN/GaN MIS-HEMTs의 게이트 절연막과 표면처리에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 고전력, 고전압 회로에 응용되는 AlGaN/GaN MIS-HEMT의 forward gate leakage current와 관련하여 게이트 절연막과 표면처리에 관한 연구를 진행하였다. AlGaN/GaN HEMTs는 electron density, high electron mobility, thermal conductivity 등의 특성이 우수하여 고효율 전력소자의 유망한 후보이다. High speed power switching application을 위해서 E-mode 동작은 비용효과와 회로 단순화 그리고 신뢰성 문제 등을 위해서 크게 요구되는 부분이다. Gate recess를 통한 normally-off MIS-HEMT의 경우, 절연막내의 positive fixed charges로 인해 큰 게이트 전압 swing과 함께 high threshold voltage를 갖기가 힘들다. 또한 소비전력을 최소화시키기 위해서, 작은 forward gate leakage는 전력소자를 위해 필수적인 특성이다. 그러므로 MIS-HEMT의 고품질 게이트 절역막에 관한 연구는 세계적으로도 계속되고 있다. 막 증착 조건을 달리하여 ICP-CVD SiNx와 PEALD SiNx의 전기적인 특성을 이전보다 개선하였고 이를 통하여 우수한 전기적 특성을 갖는 thick PEALD/ICPCVD SiNx dual 게이트 절연막을 얻었다. 개선된 게이트 절연막을 사용함으로써, E-mode 동작 뿐만 아니라low forward gate leakage current, large gate swing, 개선된 pulsed I-V 특성을 갖는 AlGaN/GaN MIS-HEMT를 제작하였다. 본 연구 결과를 통해 AlGaN/GaN MIS-HEMT의 gate 특성 향상을 얻었고, 이는 보다 신뢰성 있는 고출력 고전압 소자로 활용될 수 있을 것이다.