Исследование и моделирование AlGaN/GaN наногетероструктур для создания нормально-закрытых транзисторов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чуканова Ольга Борисовна

• Чуканова Ольга Борисовна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Чуканова Ольга Борисовна

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 Основы GaN HEMT технологии

1. Краткая история появления GaN HEMT транзисторов

2. Свойства материала

3. Принцип работы AlGaN/GaN HEMT транзистора

4. Выбор подложки

5. Конфигурация буфера

6. Основные проблемы GaN технологии

7. Коллапс тока

8. Gate-Lag

9. Drain-Lag

10. Саморазогрев и «горячие» электроны

11. Деградация затвора

12. Короткоканальные эффекты

13. Способы создания нормально-закрытых GaN транзисторов

14. Аналоги нормально-закрытых GaN транзисторов

15. Выводы

Глава 2 Моделирование нормально-закрытых AlGaN/GaN транзисторов с затвором на основе GaN р-типа

1. Особенности TCAD моделирования

2. Диффузионно-дрейфовая модель

3. Термодинамическая модель

4. Гидродинамическая модель

5. Описание генерации и рекомбинации

6. Описание гетероструктуры

7. Сравнение диффузионно-дрейфовой и гидродинамической моделей

8. Описание пассивации и омических контактов в TCAD

9. Методика моделирования нормально-закрытого транзистора с затвором на основе GaN р-типа

10. Сравнение откалиброванной физической модели с аналогами

11. Физическая модель и результаты эксперимента

12. Выводы

Глава 3 Нормально-закрытый транзистор с затвором на основе GaN р-типа и дополнительным барьерным слоем ЛШ

1. Моделирование нормально-закрытого транзистора с затвором на основе GaN слоя р-типа и дополнительным барьерным слоем ЛШ при помощи откалиброванной физической модели

2. Разработка технологического маршрута формирования нормально-закрытого транзистора с р-затвором и дополнительным барьерным слоем ЛШ

3. Выводы

Глава 4 СВЧ нормально-закрытые транзисторы на основе AlN/GaN наногетероструктур

Выводы

Глава 5 Нормально-закрытые транзисторы с р-типом носителей заряда

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы

Приложение 1. Акты внедрения

Приложение 2. Патент

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и моделирование AlGaN/GaN наногетероструктур для создания нормально-закрытых транзисторов»

Актуальность

В последнее время активно проводятся исследования и разработки приборов на основе широкозонных полупроводников с целью расширить электронную компонентную базу (ЭКБ) на их основе. Их уникальные электрофизические свойства (Таблица 1) позволяют получать высокомощные и высокочастотные приборы с наилучшими характеристиками.

Одним из перспективных широкозонных материалов является нитрид галлия ^аК). Большая ширина запрещенной зоны обеспечивает высокие значения критической напряженности электрического поля (Ее), а также позволяет увеличить температуру работы прибора (выше 400П), поэтому GaN пригоден для изготовления силовых устройств. Транзисторы на основе GaN могут работать при напряжениях от единиц до сотен вольт. Они являются униполярными приборами, поэтому в них ослаблены генерационно-рекомбинационные процессы, что снижает уровни шумов. GaN обладает дрейфовой скоростью насыщения 2.7*107 см/с, подвижностью носителей заряда порядка 2000 см2/В • с и возможностью организации гетероструктурных соединений AlxGa1-xN/GaN, в которых на гетеропереходе образуется двумерный электронный газ (2DEG) с высокими значениями плотности носителей заряда (более 1 • 1013см-2). Изменяя мольную долю А1 в А1хСа1-хЫ, можно управлять шириной запрещенной зоны материала, параметрами решеток и поляризационными полями, заранее задавая разрыв зон проводимости между GaN и А1хСа1-хЫ. Данные свойства позволяют реализовывать транзисторы с большими плотностями тока и высокими коэффициентами усиления.

Таблица 1 - Сравнение параметров полупроводниковых материалов GaN и Si [1]

Материал ЛEg, эВ Ее, МВ/см 2 см2 Vдрейф, х107 см/с Теплопроводность, В/мК

Si 1.1 0.25 1450 1 1.5

GaN 3.5 3.3 2000 2.7 >1.5

GaAs 1.4 0.4 8500 2 0.5

SiC 3.2 3 700 2 4.9

Большинство AlGaN/GaN транзисторов являются "нормально-открытыми" или работающими в режиме обеднения приборами, для управления которыми требуются специализированные схемы драйверов и строгая последовательность подачи сначала запирающего напряжения на затвор и только после этого - рабочего напряжения. При ошибках в схеме питания затвора транзисторов, работающих в режиме обеднения, может произойти короткое замыкание, поэтому одной из основных задач разработчиков высоковольтных GaN транзисторов является создание "нормально-закрытых" приборов, т.е. приборов, работающих в режиме обогащения [2]. Использование нормально-закрытого AlGaN/GaN транзистора обеспечивает безопасную схему включения высоковольтной нагрузки (без отрицательного источника питания). В данной работе исследуется нормально-закрытый AlGaN/GaN транзистор с затвором на основе GaN или АЮа^ легированного Mg. GaN или AlGaN р-типа проводимости изменяет потенциальный профиль структуры таким образом, что происходит обеднение канала транзистора.

Одной из задач микроэлектроники на сегодняшней день является реализация оптимальных схемотехнических решений для построения мощных усилительных каскадов различных диапазонов. СВЧ AlGaN/GaN транзисторы обладают большей выходной мощностью и крутизной при меньших массогабаритных характеристиках по сравнению с GaAs и Si приборами. Для того, чтобы перевести нормально-открытые AlGaN/GaN транзисторы в рабочий режим, в схеме необходим дополнительный отрицательный источник питания. Разработка СВЧ Al(Ga)N/GaN транзистора, работающего в режиме обогащения, у которого напряжение рабочей точки близко к пороговому напряжению, позволит упростить схему усилителя. Сформировать нормально-закрытый СВЧ GaN транзистор возможно на сверхтонких гетероструктурах AlN/GaN. Гетероструктуры с AlN-барьером позволяют получать транзисторы с крайне высокой частотой и высоким рабочим напряжением. При конструировании таких приборов необходимо помнить о возможном влиянии короткоканальных эффектов на работу прибора. Для подавления короткоканальных эффектов аспектное соотношение длины затвора к расстоянию от затвора до канала GaN транзистора должно находиться в диапазоне от 5 до 15 [1, 3]. Таким образом, необходимо исследовать возможность формирования нормально-закрытого транзистора на AlN/GaN наногетероструктуре.

В силовых схемах на основе высоковольтных GaN транзисторов присутствуют шумы и помехи в цепи управления затвором, вызванные наличием паразитных индуктивностей, которые могут привести к ложному срабатыванию транзистора. Одним из способов борьбы с паразитными индуктивностями является создание монолитных интегральных схем

(МИС). Формирование МИС, содержащих цифровую и аналоговую части, изготовленных на едином кристалле GaN, решит задачи микроминиатюризации и повышения функциональных возможностей приборов. Разработка транзисторов с основными носителями в канале р-типа также расширит ЭКБ на основе GaN. Такие транзисторы обладают малой подвижностью носителей заряда, соответственно, малыми токами стока. Однако сформировав его на одной подложке в едином технологическом цикле с нормально-закрытым AlGaN/GaN транзистором с n-типом носителей заряда, можно создать комплементарную пару для цифровых применений.

Таким образом, можно сделать вывод, что в рамках задачи расширить GaN ЭКБ и повысить интеграцию приборов является актуальным исследовать AlGaN/GaN наногетероструктуры и разработать конструктивно-технологические решения на их основе. Полученные в ходе работы результаты найдут применение при проектировании GaN приборов, т.к., несмотря на большое количество публикаций по данной тематике и коммерческих образцов, представленных такими известными фирмами, как EPC, EXAGAN, Navitas, Transphorm, OMMIC, Integra и т.д., методики физического моделирования нормально-закрытых AlGaN/GaN транзисторов, которые являются важными при разработке таких приборов, до сих пор не изложены.

Цель диссертации: Исследовать физические основы, провести моделирование и разработать конструкции и технологический маршрут изготовления нормально-закрытых транзисторов на основе наногетероструктур AkGa^^N/GaN для силовых и СВЧ применений.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Верифицированы физические модели нормально-закрытых силового транзистора с n-типом носителей заряда на основе гетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN и СВЧ транзистора на основе сверхтонких AlN/GaN наногетероструктур;

2. Исследовано влияние конструктивно-технологических параметров p-GaN/AlGaN/GaN наногетероструктур на электрофизические характеристики силовых нормально-закрытых транзисторов c n-типом носителей, а также транзисторов с р-типом носителей на их основе;

3. Разработана и апробирована технология формирования нормально-закрытого силового транзистора c n-типом проводимости канала и с затвором на основе GaN,

легированного Mg, на AlGaN/GaN гетероструктуре с дополнительным АШ барьерным слоем;

4. Разработана конструкция и предложена технология формирования полевого транзистора с р-типом носителей заряда в канале на основе p-GaN/AlGaN/GaN наногетероструктуры;

5. Исследовано функционирование нормально-закрытых транзисторов в комплементарной паре.

Научная новизна работы:

1. Установлено, что существует критическая толщина GaN слоя р-типа - 40 нм, свыше которой его толщина не влияет на электрофизические характеристики транзистора, а также определены диапазоны толщины AlGaN слоя наногетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN и содержания мольной доли Al в нем для формирования нормально-закрытых транзисторов;

2. Разработана методика моделирования нормально-закрытого силового транзистора с п-типом носителей заряда на основе гетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN в среде приборно-технологического моделирования Sentaurus TCAD, позволяющая оптимально выбирать параметры слоев наногетероструктуры;

3. Показано, что введение в исследуемую наногетероструктуру p-GaN/AlGaN/GaN дополнительного барьерного слоя AlN позволяет формировать транзисторы с затвором на основе GaN слоя р-типа со значениями порогового напряжения включения прибора 1 В и более, что обеспечивает нормально-закрытое состояние транзистора (Патент РФ №209768);

4. Показано, что проведенная дополнительная калибровка физической модели нормально-закрытого СВЧ транзистора на основе AlN/GaN наногетероструктуры обеспечивает согласование результатов моделирования с экспериментальными данными с точностью около 80%;

5. Предложен алгоритм разработки комплементарных пар транзисторов на основе наногетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN, который позволит формировать силовые, СВЧ части и цифровые блоки управления в монолитных интегральных схемах в едином технологическом цикле.

Практическая значимость работы определяется следующими положениями:

1. С помощью разработанной методики сформирована линейка высоковольтных нормально-закрытых транзисторов с пробивными напряжениями порядка 700 В и токами в диапазоне от 0.5 до 20 А;

2. На основе наногетероструктуры с дополнительным барьерным слоем AlN разработаны транзисторы с максимальным удельным током стока 350 мА/мм и пробивными напряжениями порядка 600 В;

3. Используя физическую модель с дополнительным калибровочным параметром, разработаны СВЧ нормально-закрытые транзисторы на основе сверхтонких наногетероструктур AlN/GaN с толщиной AlN слоя 3 нм, обладающие максимальным удельным током стока 450 мА/мм при 0.8 В на затворе и крутизной порядка 600 мСм/мм;

4. По предложенному алгоритму разработано конструктивно-технологическое решение для комплементарной пары на основе GaN для МИС с цифровым блоком.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика моделирования нормально-закрытого силового транзистора с п-типом носителей заряда на основе гетероструктуры p-GaN/AlGaN/GaN в среде приборно-технологического моделирования Sentaurus TCAD;

2. Конструкция нормально-закрытого силового транзистора с п-типом носителей заряда на основе AlGaN/GaN гетероструктуры с дополнительным барьерным слоем AlN, который является стоп-слоем при травлении GaN р-типа;

3. Результаты экспериментальной верификации физической модели нормально-закрытого СВЧ транзистора на основе сверхтонких гетероструктур AlN/GaN;

4. Конструктивно-технологическое решение создания комплементарной пары на основе GaN наногетероструктуры для реализации МИС с цифровым блоком.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 135 страниц машинописного текста, включая 91 рисунок, 60 формул, 8 таблиц, список литературы из 134 наименований и 2 приложения.

Во введении обоснована актуальность данной диссертационной работы, сформулированы цель и задачи, а также показаны научная новизна, практическая значимость проведенного исследования и положения, выносимые на защиту.

Первая глава является аналитическим обзором литературы по теме диссертации. Изучена история создания первого GaN транзистора. Проведено сравнение широкозонных полупроводниковых материалов микроэлектроники с кремнием и выявлены преимущества использования GaN для формирования транзисторов. Рассмотрен принцип работы транзистора на основе AlGaN/GaN гетероструктуры. Проведено сравнение подложек для AlGaN/GaN гетероструктур и конфигураций буфера для транзисторов на основе AlGaN/GaN гетероструктур. Изучены основные проблемы GaN технологии такие, как коллапс тока, gate-lag, drain-lag. Рассмотрены способы создания нормально-закрытых силовых транзисторов с n-типом носителей и нормально-закрытых транзисторов с носителями р-типа на основе GaN гетероструктур. Для создания нормально-закрытого транзистора с основными носителями заряда - электронами - предложен новый, перспективный и более простой способ среди существующих - формирование затвора на основе GaN р-типа. Проведен анализ коммерческих транзисторов зарубежных компаний и выявлено, что нормально-закрытые GaN транзисторы с затвором на основе GaN р-типа обладают токами стока до 60 А и пробивными напряжениями до 650 В.

Во второй главе подробно описано моделирование AlGaN/GaN наногетероструктур при помощи Sentaurus TCAD. Проведена калибровка предложенной физической модели в соответствие с результатами эксперимента и определены параметры слоев гетероструктуры для получения нормально-закрытого транзистора. Исследовано влияние конструктивных особенностей гетероструктуры на выходные характеристики сформированного на ней нормально-закрытого транзистора с затвором на основе GaN р-типа. А также проведено сравнение верифицированной физической модели с аналогами. Определены критическое значение толщины GaN-слоя р-типа, свыше которой его толщина не влияет на электрофизические характеристики прибора, и диапазоны толщин и мольной доли Al в барьерном слое AlGaN, при которых транзистор с затвором на основе GaN р-типа получается нормально-закрытым. На основе полученных результатов разработана методика моделирования нормально-закрытых транзисторов на основе наногетероструктур p-GaN/AlGaN/GaN. Сформирована линейка нормально-закрытых AlGaN/GaN транзисторов с затвором на основе GaN слоя р-типа с токами от 0.5 до 20 А и пробивными напряжениями до 700 В.

В третьей главе подробно исследована гетероструктура p-GaN/AlGaN/GaN с дополнительным барьерным слоем AlN, который является стоп-слоем при травлении GaN р-типа. Данный дополнительный барьерный слой AlN облегчает процесс травления GaN р-типа при формировании затвора, а также обеспечивает точный контроль порогового

напряжения транзисторов. Исследованы зависимости электрофизических характеристик нормально-закрытого транзистора на основе гетероструктуры с дополнительным барьерным слоем от ее конструктивных особенностей. На основе наногетероструктуры с дополнительным барьерным слоем AlN были сформированы нормально-закрытые транзисторы с затвором на основе GaN слоя р-типа с удельными токами стока до 350 мА/мм, пороговыми напряжениями порядка 1 В и пробивными напряжениями порядка 600 В.

В четвертой главе показана разработка нормально-закрытых транзисторов на основе AlN/GaN наногетероструктур для СВЧ применений. Проведена дополнительная калибровка используемой физической модели нормально-закрытого транзистора, которая обеспечила достоверное описание экспериментальных результатов. Исследовано влияние параметров наногетероструктуры на электрофизические характеристики транзистора, а также на СВЧ-параметры. Сформированы СВЧ нормально-закрытые транзисторы на основе сверхтонких наногетероструктур AlN/GaN с толщиной AlN слоя 3 нм, обладающие максимальным удельным током стока 450 мА/мм при 0.8 В на затворе и крутизной порядка 600 мСм/мм

В пятой главе исследуется нормально-закрытый транзистор с р-типом носителей с целью формирования его в едином технологическом цикле с нормально-закрытым транзистором с n-типом носителей и затвором на основе GaN слоя р-типа на единой подложке. Рассмотрены две конструкции нормально-закрытых транзисторов с р-типом носителей. Наиболее подходящей является конструкция транзстора, формируемого при помощи утонения канального слоя GaN, легированного Mg, под затвором, нанесения подзатворного диэлектрика AI2O3 и формирования затвора Шоттки. Изучено влияние параметров гетероструктуры на электрофизические характеристики прибора. Исследовано функционирование комплементарной пары на основе разработанных нормально-закрытого транзистора с n-типом носителей и нормально-закрытого транзистора с р-типом носителей.

В заключении сформулированы основные результаты работы.

Апробация работы

Основные результаты работы были доложены автором на 10 международных и 4 всероссийских конференциях, также автором был получен 1 патент:

- международная школа - конференция по Оптоэлектронике, Фотонике, Нано - и Нанобиотехнологиям (SPBOPEN 2019, SPBOPEN 2021, SPBOPEN 2022). Санкт-Петербург, Россия;

-2 - ая научно - практическая конференция ученых России и Хорватии в Дубровнике. Москва, Россия;

- Conference of Russian Young Researches in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus 2020, ElConRus 2023). Москва, Россия;

- 18-ая Международная выставка компонентов и модулей силовой электроники. Москва, Россия;

- Конгресс молодых ученых 2021. Сочи, Россия;

- Московский международный салон изобретений и инновационных технологий «Архимед» (Архимед 2022, Архимед 2023). Москва, Россия;

- Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (МэИнфо-2018, МэИнфо-2019, МэИнфо-2020, МэИнфо-2022). Москва, Россия;

- Полезная модель к патенту № 209768 «Высоковольтный нитрид - галлиевый транзистор нормально - закрытого типа»

Результаты данной работы успешно использовались в грантовых конкурсах:

- Победитель конкурса «Научная стажировка» Фонда поддержки молодых ученых имени Геннадия Комиссарова (2021 год). «Технология и моделирование нормально -открытых и нормально - закрытых транзисторов для монолитных ИС на основе GaN/Si структур».

- Победитель конкурса «Умник. Проектная команда». «Разработка технологии и моделирование нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов для монолитных ИС на основе GaN/Si структур» (2021 год).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 22 работах, из которых 6 работ опубликованы в изданиях, которые входят в перечень ВАК по специальности 2.2.2, 6 работ - в журналах, входящих в базы Scopus или WoS, 1 патент и 9 работ -тезисы докладов. Ссылки на работы приведены в каждой оригинальной главе диссертации.

Личный вклад автора

Все представленные результаты получены автором лично либо непосредственно при его участии. Автором, совместно с научным руководителем формулировались цели исследования, обсуждались пути их достижения и анализировались результаты исследования, а также совместно с соавторами был опубликован ряд работ, представленных в списке литературы. Непосредственно автором проводилось моделирование приборов, разработка технологического маршрута изготовления нормально-закрытого транзистора с затвором на основе GaN р-типа, измерение электрофизических характеристик транзисторов. Вклад автора в диссертационную работу являются определяющим.

Глава 1 Основы GaN HEMT технологии

1. Краткая история появления GaN HEMT транзисторов

Первое упоминание о HEMT транзисторе на основе AlGaN/GaN структуры было сделано Takashi Mimura в 1975 году [4]. Позднее, в 1994 году, Khan и его коллеги обнаружили в такой структуре электроны, обладающие высокой подвижностью, которые были названы двумерным электронным газом (2ДЭГ). Была зафиксирована плотность носителей заряда в канале около 10Х1см-2 и подвижность носителей заряда в диапазоне 400-800 см2/В • с. Также коллектив во главе с Khan первыми сообщили об измерении характеристик AlGaN/GaN транзистора по постоянному и переменному току в 1993 [5] и 1994 [6] годах соответственно. Транзистор с длиной затвора 0.25 мкм обладал максимальным удельным током стока около 40 мА/мм [6]. Группа Khan первыми вырастили AlGaN/GaN гетероструктуру MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Phase Deposition) методом. Подвижность электронов в такой структуре была в 12 раз выше при комнатной температуре, чем в объёмном GaN той же толщины. Этот факт показал возможность применения GaN в силовой электронике, т.к. высокая концентрация носителей заряда в канале способствует его малому сопротивлению в открытом состоянии и высоким токам стока и играет решающую роль в улучшении характеристик GaN силовых приборов.

В 1996 году Wu впервые показал GaN HEMT, обладающий плотностью мощности 1.1 Вт/мм при частоте 2 ГГц [7]. Спустя годы характеристики приборов только улучшались и позднее была достигнута плотность мощности 40 Вт/мм при 4 ГГц [5]. Например, в [8] показан транзистор с максимальным током стока 750 мА/мм и длиной затвора 0.1 мкм на Si подложке с граничной частотой 90 ГГц. Транзистор с длиной затвора 0.9 мкм на кремниевой подложке обладал граничной частотой 100 ГГц и максимальной частотой 206 ГГц [9]. Такие приборы обладали пробивными напряжениями около 1500 В [10]. Максимальное пробивное напряжение наблюдалось у транзисторов на сапфировой подложке и составило 1700 В [11].

В 2005 Nitronex Corp. начала продавать первые нормально-открытые СВЧ GaN транзисторы на кремниевых подложках. Именно в тот момент начал появляться огромный интерес к GaN приборам, однако, их применение ограничивалось дорогой стоимостью и тем, что это приборы, как правило, работают в режиме обеднения.

В 2009 году Efficient Power Conversion (EPC) представила первый нормально-закрытый GaN транзистор на кремниевой подложке, спроектированный с целью замещения силовых MOSFET транзисторов. С этого момента началось массовое производство GaN недорогих транзисторов с использованием стандартной кремниевой технологии. Вскоре

Fujitsu, MicroGaN, Panasonic и Texas Instruments также начали разрабатывать GaN приборы и представили свои конструкции транзисторов.

Основными целями при разработке нормально-закрытых транзисторов стали увеличение скорости переключения и увеличение эффективности преобразования энергии. Параллельно начали активно разрабатывать GaN монолитные интегральные схемы (МИС), которые позволят изготавливать в едином технологическом цикле на единой подложке GaN полевые транзисторы, а также схемы управления и защиты. Такая интеграция привела к отсутствию потерь при переключении транзистора за счет нулевого импеданса в схеме управления затвором.

Работы по созданию низковольтных GaN МИС впервые начались в Гонконгском университете науки и технологий (HKUST), а первые схемы были представлены уже в 2015 году. В 2016 году HRL лаборатория в Малибу, Калифорния, выпустила недорогую силовую МИС на основе GaN, демонстрирующую все преимущества GaN МИС. Производство коммерческих силовых МИС на основе GaN началось в 2018 году [12].

2. Свойства материала

Нитриды (AlN, GaN, InN) могут образовывать 3 типа кристаллических решёток: вюртцит, цинковая обманка и решетка типа каменной соли [13]. GaN обладает решеткой типа вюртцит. Вюртцит состоит из двух гексагональных плотно упакованных решеток, сдвинутых относительно друг друга на величину 3/8с0, где с0 - высота ячейки (рисунок 1)

[14].

Повехность Ga

J L

Ga

о о

о

•J / ..-Фа.

Рисунок 1 - Расположение атомов в кристаллической решетке GaN

Каждый атом галлия Ga связан с четырьмя атомами азота N и наоборот. Их химическая связь носит ионный характер из-за высокой разности электроотрицательности атомов. Из рисунка 1 видно, что вдоль кристаллографического направления [0001] отсутствует центральная симметрия решетки, а это значит, что все атомы плоскости со стороны каждой связи одинаковы, т.е. у кристалла есть плоскость галлия и плоскость азота [15]. Плоскость азота обладает более развитой морфологией, более химически активна и позволяет использовать методы «сухого» травления для обработки поверхности GaN. Плоскость галлия подвержена только плазмохимическому травлению и более инертна.

материалы обладают малой длиной связи между атомами и большой шириной запрещенной зоны. В таблице 1 было показано сравнение свойств GaN с такими полупроводниками, как GaAs, Si и SiC. Благодаря большой ширине запрещенной зоны GaN обладает высокой тепло- и электропроводностью и является электрически прочным материалом. GaN приборы способны работать при высоких температурах без потери мощности. Поэтому данный материал перспективен для разработки высоковольтных и СВЧ приборов [16-18].

Большинство свойств материала является следствием поляризационных эффектов. В вюртцитных материалах поляризация всегда направлена перпендикулярно поверхности гетероструктуры (рисунок 1). На границе раздела из-за разности поляризации образуется поверхностный заряд, который притягивает свободные носители заряда. Если заряд положительный, то притягиваются отрицательные носители и наоборот. На границе AlGaN/GaN зарядовая плотность положительная - свободные электроны компенсируют этот заряд, таким образом, происходит пьезолегирование активного канала [19]. Пьезоэлектрическая поляризация равна нулю, пока буферный слой компенсирует напряжения. Как только выращивают AlGaN на GaN, GaN начинает механически деформироваться, т.е. появляются механические напряжения, вследствие чего пьезоэлектрическая поляризация не равно нулю и суммируется со спонтанной. Суммарная поляризация индуцирует поверхностный заряд на границе AlGaN/GaN, который будет компенсирован свободными электронами. Таким образом, будет сформирован двумерный электронный газ (2ДЭГ) (рисунок 2).

++++++++++

Рисунок 2 - Принцип образования индуцированного заряда на границе AlGaN/GaN

[19]

3. Принцип работы AlGaN/GaN HEMT транзистора

HEMT транзисторы формируют на гетероструктурах состоящих из растворов с разной шириной запрещенной зоны. Когда широкозонный материал приводят в контакт с узкозонным материалом, формируется двумерный электронный газ на границе раздела этих материалов. Электроны донорных примесей широкозонного материала (AlGaN, например) диффундируют в узкозонный материал, преодолевая потенциальный барьер на границе раздела, из-за разности электронного сродства, ширин запрещенных зон и работ выхода материалов. На гетерогранице AlGaN/GaN образуется потенциальная яма, в которой накапливаются электроны . Благодаря тому, что канальный слой нелегирован, рассеяние на примесях и дислокациях решетки в нем минимальны, а следовательно, подвижность максимальна. Такие транзисторы называют транзисторами с высокой подвижностью электронов.

Как правило, транзисторы формируют на гетероструктурах AlGaN/AlN/GaN. Тонкий переходной широкозонный слой AlN (спейсер) увеличивает разрыв зон на гетерогранице AlGaN/GaN (рисунок 3), что ограничивает двумерный электронный газ в барьерном слое AlGaN. Спейсер AlN уменьшает рассеяние носителей заряда на ловушках, что приводит к увеличению подвижности носителей заряда в канале и снижению влияния на работу прибора эффектов, связанных с «коллапсом» тока. К тому же дополнительные напряжения на гетерогранице AlN/GaN создают поляризационные поля, которые позволяют достичь высоких значений плотности заряда в канале [20].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чуканова Ольга Борисовна, 2025 год

Список литературы

1. Freeman D. Next Round: GaN versus Si // Dave's power trips : blog. URL: http://www.edn.com/electronics-blogs/dave-s-power-trips/4403311/Next -Round-GaN-versus-Si-свободный. - Яз. англ. (дата обращения: 05.03.2024).

2. Гольцова М. Moщные GaN-транзисторы. Истинно революционная технология // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2012. - № 4. - С.86-100.

3. Hensel A. Application of a new 600 V GaN Transistor in Power Electronics for PV systems / A.Hensel, C.Wilhelm, D.Kranzer // Advances in Electrical and Computer Engineering.

- 2015. - Vol.15, № 3. - P. 59-65.

4. Identification of deep levels in GaN associated with dislocations / C. B. Soh, S. J. Chua, H. F. Lim et al. // J. Phys. Condens. Matter. - 2004. - Vol.16, № 34. - P. 6305.

5. Deep Levels Investigation of AlGaN/GaN Heterostructure Transistors / W. Chikhaoui, J. M. Bluet, P. Girard et al. // Phys. B Condens. Matter. - 2009. - Vol. 404, № 23-24.

- P. 4877-4879.

6. As-grown Deep-level Defects in n-GaN Grown by Metal-Organic Chemical Vapor Deposition on Freestanding GaN / S. Chen, U. Honda, T. Shibata et al. // J. Appl. Phys. - 2012. -Vol. 112, №5. -P.053513.

7. Traps Centers and Deep Defects Contribution in Current Instabilities for AlGaN/GaN HEMT's on Silicon and Sapphire Substrates / N. Sghaier, M. Trabelsi, N. Yacoubi et al. // Microelectron. J. - 2006. - Vol. 37, № 4. - P. 363-370.

8. Characterization and Analysis of Trap-related Effects in AlGaN-GaN HEMTs / M. Faqir, G. Verzellesi, F. Fantini et al. // Microelectron. Reliab. - 2007. - Vol.47, № 9-11. - P. 16391642.

9. Trapping Phenomena in AlGaN and InAlN Barrier HEMTs with Different Geometries / S. Martin-Horcajo, A. Wang, A. Bosca et al. // Semicond. Sci. Technol. - 2015. - Vol. 30, № 3. - P.035015.

10. Electron traps and growth rate of buffer layers in unintentionally doped GaN / H. K. Cho, K. S. Kim, C.-H. Hong, and H. J. Lee // J. Cryst. Growth. - 2001. - Vol. 223, № 1-2. -P. 38-42.

11. Electrical Properties and Deep Traps Spectra of aplane GaN Films Grown on r-plane Sapphire / A. Y. Polyakov, N. B. Smirnov, A.V. Govorkov et al. // Mater. Sci. Eng. B. - 2010.

- Vol. 166, №3. - P. 220-224.

12. Majeed A. A brief history of gallium nitride (GaN) semiconductors [Электронный ресурс]. 2023. URL: https://www.edn.com/a-brief-history-of-gallium-nitride-gan-semiconductors/. (Дата обращения: 06.03.2024).

13. Trampert A. Crystal Structure of Group III Nitrides, in Gallium Nitride (GaN) / A. Trampert, O. Brandt, Ploog.K.H. // Academic press. - 1998. - Vol. 50. - P. 167-192.

14. Pankove J.I. Gallium Nitride (GaN) I / J.I. Pankove, S.P. DenBaars / - San Diego: Academic Press, 1997. - 501 p.

15. Two-dimensional electron gases induced by spontaneous and piezoelectric polarization charges in N- and Ga-face AlGaN/GaN heterostructures / O. Ambacher, J. Smart, J.R. Shealy et al. // Journ. of Appl. Phys. - 2000. - Vol. 87, №1. - P. 334-344.

16. Sze S. M. Physics of Semiconductor Devices / S. M. Sze, K. K. Ng / - Jersey: John Wiley, 2007. - 815 p.

17. Okumura H. Present status and future prospect of widegap semiconductor highpower devices / H. Okumura // Jap. Journ. of Appl. Phys. - 2006. - Vol. 45, №10A. - P. 7565.

18. Electron trapping effects in C- and Fe-doped GaN and AlGaN / O. Lopatiuk, A. Osinsky, A. Dabiran et al. // Solid-State Electron. - Vol. 49, №10. - P. 1662-1668.

19. Исследование влияния пассивирующих слоев на емкостные характеристики гетероструктур AlGaN/GaN / К. Л. Енишерлова, В. Г. Горячев, Т. Ф. Русак и др. // Известия высших учебных заведений. Материалы электронной техники. - 2015. - Т. 18, № 2. -C.137—145.

20. Ardaravi L. Relaxation of conductivity in AlGaN/AlN/GaN two-dimensional electron gas at high electric fields / L. Ardaravi cius, O. Kiprijanovic, J. Liberis // Lithuanian Journal of Physics. - 2007. - Vol. 47, №4. - P.485-489.

21. A surface-potential-based model for AlGaN/AlN/GaN HEMT / J. Wang, L. Sun, J. Liu, M. Zhou // Journal of Semiconductors. - 2013. - Vol.34, №9. - P.094002.

22. Javorka P. Fabrication and Characterization of AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors: Master's dissertation. - Bratislava,2004. - P.127.

23. Greco G. AlGaN/GaN heterostructures for enhancement mode transistors: PhD dissertation. - Catania, 2012. - P.172.

24. Васильев А. Новое поколение полупроводниковых материалов и приборов: через GaN к алмазу / А. Васильев, В.Данилин, Т.Жукова // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес. - 2007. - №4. - С.68-76

25. Buffer Traps in Fe-Doped AlGaN/GaN HEMTs: Investigation of the Physical Properties Based on Pulsed and Transient Measurements / M. Meneghini, I. Rossetto, D. Bisi et al. // IEEE Trans. Electron Devices. - 2014. - Vol. 61, №12. - P. 4070-4077.

26. Silvestri M. Iron-induced deep-level acceptor center in GaN/AlGaN high electron mobility transistors: Energy level and cross section / M. Silvestri, M. J. Uren, M. Kuball // Appl. Phys. Lett. - 2013. - Vol. 102, №7. - P.073501.

27. Growth of Fe doped semi-insulating GaN by metalorganic chemical vapor deposition / S. Heikman, S. Keller, S. P. DenBaars, U. K. Mishra // Appl. Phys. Lett. - 2002. - Vol. 81. - P. 439.

28. Control of short-channel effects in GaN/AlGaN HFETs / M. J. Uren, D. G. Hayes, R. S. Balmer et al. // European Microwave Integrated Circuits Conference. - 2006. - P.65-68.

29. Effect of carbon doping on buffer leakage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors / C. Poblenz, P. Waltereit, S. Rajan et al. // Sci. Technol. - 2004. - Vol. B22. - P.1145.

30. AlGaN/GaN/GaN: C Back-Barrier HFETs With Breakdown Voltage of Over 1 kV and Low R(ON) x A / E. Bahat-Treidel, F. Brunner, O. Hilt et al. // IEEE Trans. Elec. Dev. 2010.

- Vol. 57. - P.3050-3058.

31. Uren M.J. Buffer Design to Minimize Current Collapse in GaN/AlGaN HFETs / M. J. Uren, J. Moreke, M. Kuball // IEEE Trans. Electron Devices. - 2012. - Vol. 59, №12. - P.3327-3332.

32. Silvestri M. Dynamic Transconductance Dispersion Characterization of Channel Hot-Carrier Stressed 0.25-|im AlGaN/GaN HEMTs / M. Silvestri, M. J. Uren, M. Kuball // IEEE Electron Device Lett. - 2012. - Vol. 33, №11. P.1550-1552.

33. Cho H.K. Electron capture behaviors of deep level traps in unintentionally doped and intentionally doped n-type GaN / H. K. Cho, C. S. Kim, C.-H. Hong // J. Appl. Phys. - 2012.

- Vol. 94, №3. - P1485-1489.

34. A deep acceptor defect responsible for the yellow luminescence in GaN and AlGaN / P. Kamyczek, E. Placzek-Popko, V. Kolkovsky et al. // J. Appl. Phys. - 2012. - Vol. 111, №11. -P.113105.

35. Arehart A.R. Electrical characterization of n-type Al0.30Ga0.70N Schottky diodes / A. R. Arehart, A. A. Allerman, S. A. Ringel // J. Appl. Phys. 2011. - Vol. 109, №11. - P.114506.

36. Direct demonstration of the virtual gate mechanism for current collapse in AlGaN/GaN HFETs / A.M. Wells, M.J. Uren,R.S. Balmer et al. // Solid-State Electronics. - 2005.

- Vol.49. - P.279-282.

37. Experimental and numerical correlation between current-collapse and Fe-doping profiles in GaN HEMTs / A. Chini, V. Di. Lecce, F. Soci et al. // IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS). - 2012. - P.CD.2.1-CD.2.4.

38. Subramani N. Physics-Based TCAD Device Simulations and Measurements of GaN HEMT Technology for RF Power Amplifier Applications: PhD dissertation. - Limoges, 2017.

- P.229.

39. The effect of surface passivation on the microwave characteristics of undoped AlGaN/GaN HEMTs / B. M. Green, K. K. Chu, E. M. Chumbes et al. // IEEE Electron Device Lett. - 2000. - Vol. 21, №6. - P.268-270.

40. Karmalkar S. Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field plate / S. Karmalkar, U. K. Mishra // IEEE Trans. Electron Devices. - 2001. - Vol. 48, №8. - P.1515-1521.

41. Trapping phenomena in AlGaN and InAlN barrier HEMTs with different geometries / S. Martin-Horcajo, A. Wang, A. Bosca et al. // Semicond. Sci. Technol. - 2015. - Vol. 30, №3. - P035015.

42. The Study of Self-Heating and HotElectron Effects for AlGaN/GaN DoubleChannel HEMTs / X. D. Wang, W. D. Hu, X. S. Chen, W. Lu // IEEE Trans. Electron Devices. -2012. - Vol. 59, №5. - P.1393-1401.

43. Separation of hot-electron and self-heating effects in two-dimensional AlGaN/GaNbased conducting channels / S. A. Vitusevich, S. V. Danylyuk, N. Klein et al. // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 82, №5. - P. 748-750.

44. Degradation Mechanisms for GaN and GaAs High Speed Transistors / D. J. Cheney, E. A. Douglas, L. Liu et al. // Materials. - 2012. - Vol. 5, №12. - P.2498-2520.

45. Degradation of AlGaN/GaN high electron mobility transistors related to hot electrons / M. Meneghini, A. Stocco et al. // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol. 100, №23. - P. 233508.

46. Investigation of Trapping and Hot-Electron Effects in GaN HEMTs by Means of a Combined Electrooptical Method / M. Meneghini, N. Ronchi, A. Stocco et al. // IEEE Trans. Electron Devices. - 2011. - Vol. 58, №9. - P.2996- 3003.

47. Reliability issues of Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors / G. Meneghesso, G. Verzellesi, F. Danesin et al. // Int. J. Microw. Wirel. Technol. - 2010. - Vol. 2, №01. - P.39-50.

48. Meneghini M. Trapping and Degradation Mechanisms in GaN-Based HEMTs / M. Meneghini, G. Meneghesso, E. Zanoni // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2018. - Vol.78. - P.118-126.

49. Short-channel effects in subquarter-micrometer-gate HEMTs: simulation and experiment / Y. Awano, M. Kosugi, K. Kosemura et al. // IEEE Trans. Electron Devices. - 1989. -Vol. 36, № 10. - P. 2260-2266.

50. W.Liu. Thermal conduction in AlxGa1-xN alloys and thin films / Liu W., Balandin A.A. // J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 97, № 7. - P. 073710.

51. "Kink" in AlGaN/GaN-HEMTs: Floating Buffer Model / M.Singh, M.Uren, S.Karboyan et al. // IEEE Trans. Electron Devices. - 2018. - Vol. 65, № 9. - P. 3746-3753.

52. Electron Trapping in Extended Defects in Microwave AlGaN/GaN HEMTs With Carbon-Doped Buffers / J.Bergsten, M.Thorsell, D.Adolph et al. // IEEE Trans. Electron Devices.

- 2018. - Vol. 65, № 6. - P. 2446-2453.

53. Impact of undoped channel thickness and carbon concentration on AlN/GaN-on-SiC HEMT performances / K. Harrouche, Sr. Ventakatchalam, Fr. Granpierron et al. // Applied Physics Express. - 2022. - Vol.15. - P.116504.

54. Current Dispersion in Short Channel AlGaN/GaN HEMTs / K.Osipov, S.A.Chevtchenko, O.Bengtsson et al. // CS MANTECH Conference. - 2015. - P. 269-272.

55. Singh M. Velocity Overshoot Effects and Scaling Issues in III-V Nitrides / M.Singh, Y.-R. Wu, J. Singh // IEEE Trans. Electron Devices. - 2005. -Vol. 52, № 3. - P. 311316.

56. Asgari A. The control of two-dimensional-electron-gas density and mobility in AlGaN/GaN heterostructures with Schottky gate / A. Asgari, M. Kalafi // Mater. Sci. Eng. - 2006.

- Vol.C26. - P.898-901.

57. Tiwari S. Compound Semiconductor Device Physics / S. Tiwari. - New York: Academic Press,1992. - 766 C.

58. Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage / W.B. Landford, T. Tanaka, Y. Otoki, I. Adesida // Electronics Letters. - 2005. - Vol. 41., No. 7. - P. 449450.

59. Control of threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs by fluoride-based plasma treatment: from depletion mode to enhancement mode / Y. Cai, Y. Zhou, K.M. Lau, K. J. Chen // IEEE Trans. Electron Devices. - 2006. - Vol. 53., № 9. - P. 2207-2215.

60. Kambayashi H. Over 100 A operation normally-off AlGaN-GaN hybrid MOS-HFET on Si substrate with high-breakdown voltage / H. Kambayashi, Y. Satoh, S. Ootomo // Solid-State Electronics. - 2010. - Vol. 54., № 6. -P. 660-664.

61. Roccaforte F. Recent advances on dielectrics technology for SiC and GaN power devices / F. Roccaforte, P. Fiorenza, G. Greco // Applied surface science. 2014. Vol. 301. P. 9-18.

62. Epitaxial NiO gate dielectric on AlGaN/GaN heterostructures / P. Fiorenza, G. Greco, G. Giannazzo et al. // Appl. Phys. Lett. - 2012. - Vol.101. - P.172901.

63. Synthesis and characterization of p-type NiO films suitable for normally-off AlGaN/GaN HFETs application / L. Li, W. Wang, L. He et al. // Mater. Sci. Semicond. Proc. -2017. - Vol.67. - P. 141-146.

64. High-Temperature Operation of Normally Off-Mode AlGaN/GaN Heterostructure Field-Effect Transistors with p-GaN Gate / Y. Han, S. Xue, W. Guo et al. // Jpn. J. Appl. Phys. -2003. - Vol.10A. - P.42-46.

65. Selective growth of wurtzite GaN and AlxGa1-xN on GaN/sapphire substrates by metalorganic vapor phase epitaxy / Y. Kato, S. Kitamura, K. Hiramatsu, N. Sawaki // J. Cryst. Growth. - 1994. - Vol.144, №3-4. - P.133-140.

66. Dislocation density reduction via lateral epitaxy in selectively grown GaN structures / OH. Nam, M.D. Bremser, T.S. Zheleva, R.F. Davis // Appl. Phys. Lett. - 1997. -Vol.71. - P.2472-2474.

67. Kitamura S. Fabrication of GaN Hexagonal Pyramids on Dot-Patterned GaN/Sapphire Substrates via Selective Metalorganic Vapor Phase Epitaxy / S. Kitamura, K. Hiramatsu, N. Sawaki K. // Jpn. J. Appl. Phys. - 1995. - Vol.34. - P.L1184.

68. Fast Lateral Epitaxial Overgrowth of Gallium Nitride by Metalorganic Chemical Vapor Deposition Using a Two-Step Process / H. Marchand, J.P. Ibbetson, P.T. Fini et al. // MRS Online Proceedings Library. - 1998. - Vol.45. - P.537.

69. Miyake H. Effects of reactor pressure on epitaxial lateral overgrowth of GaN via low-pressure metalorganic vapor phase epitaxy / H. Miyake, A. Motogaito, K. Hiramatsu // Jpn. J. Appl. Phys. - 1999. - Vol.38, №9A. - P.L1000.

70. Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors using hydrogen plasma treatment / R. Hao, K. Fu, G. Yu et al. // Appl.Phys. Lett. - 2016. - Vol.109, №15. - P152106.

71. Hole Compensation Mechanism of P-Type GaN Films / S. Nakamura, N. Iwata, M. Senoh, T. Mukai // Jpn. J. Appl. Phys. - 1992. - Vol.31. - P.1258.

72. Reliability of Hybrid-Drain-embedded Gate Injection Transistor / K. Tanaka, T. Morita, M. Ishida et al. // IEEE International Reliability Physics Symposium (IRPS). - 2017. -P.4B-2.

73. 1300 V Normally-OFF p-GaN Gate HEMTs on Si with High ON-State Drain Current / H. Jiang, Q. Lyu, R. Zhu et al. // IEEE Transactions on Electron Devices. 2020. - Vol.68, №2. - P.653-658.

74. High-Performance Normally Off p-GaN Gate HEMT With Composite AlN/Al0.17Ga0.83N/Al0.3Ga0.7N Barrier Layers Design / H. Chiu, Y. CHANG, B. LI et al. // IEEE Journal of the Electron Devices Society. - 2018. - Vol.6. - P.201-206.

75. P-Channel GaN Transistor based on p-GaN/AlGaN/GaN on Si / N. Chowdhury, J. Lemettinen, Q. Xie et al. // IEEE Electron Device Letters. - 2019. - Vol.40, №7. - P.1036-1039.

76. Investigation of normally-off GaN-based p-channel and n-channel heterojunction field-effect transistors for monolithic integration / W. Zhang , X. Liu , L. Fu et al. // Results in Physics. - 2021. - Vol. 24. - P.104209.

77. High threshold voltage enhancement-mode GaN p-FET with Sirich LPCVD SiNx gate insulator for high hole mobility / L. Zhu, K. Chen, Y. Ma et al. // Journal of Semiconductors.

- 2023. - Vol.44. - P.082801.

78. High ION and ION/IOFF Ratio Enhancement-Mode Buried p-Channel GaN MOSFETs on p-GaN Gate Power HEMT Platform / Zh. Zheng, W. Song, L. Zhang et al. // IEEE Electron device letters. - 2020. - Vol.41, №1. - P.26-29.

79. First Demonstration of a Self-Aligned GaN p-FET / N. Chowdhury, Q. Xie, M. Yuan et al. // 2019 IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM). - 2019. - P.IEDM19-86.

80. Yolegroup: сайт. - URL: https://www.yolegroup.com/ (дата обращения: 06.03.2024).

81. GaN-Based RF Power Devices and Amplifiers / U. K. Mishra, L. Shen, T. E. Kazior, Y.-F. Wu // Proc. IEEE. - 2008. - Vol.96, №2. - P.287-305.

82. AlGaN/GaN HEMTs on Silicon Substrate With 206-GHz FMAX / S. Bouzid-Driad, H. Maher, N. Defrance et al. // IEEE Electron Device Lett. - 2013. - Vol.34, №1. - P.36-38.

83. Sinopsys Sentaurus TCAD, Synopsys Inc.: Sentaurus Device User Guide. 2015. -URL: https://www.researchgate.net/profile/Nabil-Ashraf/post/How-to-control-the-slope-of-output-characteristicsId-Vd-of-a-GAA-nanowire-FET-which-shows-flat-saturated-region/attachment/5de3c15bcfe4a777d4f64432/AS%3A831293646458882%401575207258619/ download/Synopsis Sentaurus user manual.pdf (дата обращения: 06.03.2024).

84. Grabinski W. POWER/HVMOS Devices Compact Modeling / W. Grabinski, T. Gneiting. - Dordrecht: Springer Netherlands, 2010. - P.200.

85. Sarkar C. K. Technology Computer Aided Design: Simulation for VLSI MOSFET / C.K. Sarkar. - CRC Press, 2016. - P.99.

86. Shockley W. Statistics of the Recombinations of Holes and Electrons / W. Shockley, W. T. Read // Phys. Rev. - 1952. - Vol.87, №5. - P.835-842.

87. Ramakrishna V. Polarization Induced 2DEG in AlGaN/GaN HEMTs: On the origin, DC and transient characterization: PhD dissertation. - University of California, Santa Barbara, 2000. - P.160.

88. Polarization effects, surface states, and the source of electrons in AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors / J. P. Ibbetson, P. T. Fini, K. D. Ness et al. Appl. Phys. Lett.

- 2000. - Vol. 77, №2. - P.250.

89. GaN/AlGaN гетероструктурный транзистор нормально - закрытого типа с р -затворм для высоковольтных приборов / Егоркин В.И., Земляков В.Е., Кухтяева О.Б. и др. // Наноиндустрия. - 2020. - Vol.96(3s). - С.133-136.

90. Нормально - закрытый транзистор с затвором р - типа на основе гетероструктур AlGaN/ GaN / Егоркин В.И., Беспалов В.А., Кухтяева О.Б. и др. // Изв. вузов. Электроника. - Т.25, №5. - 2020. - C.391-401.

91. Greko G. Ohmic contacts to Gallium Nitride materials / G. Greko, F. Iucolano, F.Roccaforte // Appl. Surf. Sci. - 2016. - Vol.383. - P.324-345.

92. Simulation of a Normally - off HEMT Transistor Based on a GaN/AlGaN with a p

- Gate / Egorkin V.I.; Zemlyakov V.E.; Kapaev VV; Kukhtyaeva O.B. // Russian Microelectronics. - 2020.

93. Fabrication of enhancement-mode AlxGa1-xN/GaN junction heterostructure field-effect transistors with p-type GaN gate contact / Fujii T., Tsuyukuchi N., Hirose Y. et al. // Phys. Status Solidi C. - 2007. - Vol.46. - P. 2708-2711.

94. Чуканова О.Б. Исследование влияния параметров структуры на выходные характеристики GaN-on-Si нормально закрытых транзисторов / О.Б. Чуканова, К.А. Царик // Электронные информационные системы - №4 (35). - 2022. - С.14-21.

95. Чуканова О.Б. Особенности конструкции гетероструктур при построении GaN нормально-закрытых транзисторов для силовых монолитных интегральных схем / К.А. Царик, О.Б. Чуканова, Е.А. Козловская // Наноиндустрия. - Т.16. №1. - 2023. - С.22-31.

96. Lyons J. L. Carbon impurities and the yellow luminescence in GaN / J.L. Lyons, A. Janotti, C.G. Van de Walle // Appl. Phys. Lett. - 2010. - Vol. 97, №15. - P. 152108.

97. Binder A. Optimization of an Enhancement-Mode AlGaN/GaN/AlGaN DHFET towards a High Breakdown Voltage and Low Figure of Merit / A. Binder, J.-S. Yuan // 2017 IEEE 5th Workshop on Wide Bandgap Power Devices and Applications. - 2017. - P.122-126.

98. Binder A. GaN Power Devices: Discerning Application-Specific Challenges and Limitations in HEMTs: Electronic Theses and Dissertations. - University of Central Florida, 2019.

- P.141.

99. Normally-off p-Gate Transistor Based on AlGaN/GaN Heterostructure / Egorkin V.I., Bespalov V. A., Kukhtyaeva O.B. et al. // Semiconductors. - 2020. - Vol.25, №5. - pp 391401.

100. Reactive ion etching of GaN with BCl3/SF6 plasmas / M. S. Feng, J. D. Guo, Y. M. Lu, E. Y. Chang // Materials of chemistry and physics. - 1996. - Vol.45. - P.80-83.

101. Моделирование нормально-закрытого HEMT транзистора на основе GaN/AlGaN с р-затвором /В.И. Егоркин, В.Е. Земляков, В.В. Капаев, О.Б. Кухтяева // Микроэлектроника. - 2020. - №49(6). - С.474.

102. High-Performance Normally Off p-GaN Gate HEMT With Composite AlN/Al0.17Ga0.83N/Al0.3Ga0.7N Barrier Layers Design / H.Chiu, Y.Chang, B.Li et al. // Journal of the electron devices society. - 2018. - Vol.6. - P.201-206.

103. Lu B. An Etch-Stop Barrier Structure for GaN High-Electron-Mobility Transistors / B.Lu, M.Sun, T.Palacios // IEEE Electron Device Lett. - 2013. - Vol.34, №3. - P.369-371.

104. GaN power IC normally - on and normally - off transistors technology and simulation / V.A. Bespalov, V.I. Egorkin, O.B. Kukhtyaeva et al. //8th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures. Book of abstracts. -2021.

105. GaN power IC normally-on and normally-off transistors technology and simulation / Egorkin V.I., Bespalov V. A., Kukhtyaeva O.B. et al. // Journal of Physics: Conference Series. -2021. - P. 2086 (2021) 012058.

106. Developing of normally - off p - GaN gate HEMT/ Kukhtyaeva O.B., Egorkin V.I., Zemlyakov V.E. et al. // Journal of Physics: Conference Series. - 2019. - P. 1410 (2019) 012192.

107. Developing of normally - off p - GaN gate HEMT / O.B. Kukhtyaeva, V.I. Egorkin, V.E. Zemlyakov et al. // Journal of physics: Conference series. 6th International School and Conference "Saint Petersburg OPEN 2019": Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures 22 - 25 April 2019. - Saint Petersburg, Russian Federation, 2019. - pp.494-495.

108. Технология GaN/Si для силовых и СВЧ применений / Егоркин В.И., Зайцев А. А., Кухтяева О.Б. и др. // Сборник тезисов докладов 2-ой научно - практической конференции ученых России и Хорватии в Дубровнике. - 2020. - C.105-106.

109. GaN/Si technology for power and microwave applications / Egorkin V., Zemlyakov V., Kukhtyaeva O. et al. // Thesis of reports 2nd scientific - practical conference of russian and croatian scientists in Dubrovnik. - 2020. - Pp.106-107.

110. D. Buttari, A. Chini, A. Chakraborty, L. Mccharthy, H. Xing,T. Palacios, L. Shen, S. Keller, U. K. Mishra. Selective dry etching of GaN over AlGaN in BCl3/SF6 mixtures, Int. J. of high speed electronics and systems, Vol.14, No.3, 2004, pp.756-761.

111. Кухтяева О.Б. Разработка GaN транзисторов с управляющим p - n переходом / О.Б. Кухтяева // Микроэлектроника и информатика - 2019. 26 -я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов. - М., 2019.

112. Полезная модель к патенту № 209768 Российская Федерация, МПК H01L 29/778 (2006.01). Высоковольтный нитрид - галлиевый транзистор нормально - закрытого типа: № 2021112396: заявл. 29.04.2021: опубликовано 22.03.2022. / Егоркин В.И., Земляков В.Е., Кухтяева О.Б. [и др.]; заявитель НИУ МИЭТ. - 6 с.: 2 ил. — Текст: непосредственный.

113. Кухтяева О.Б. Силовой GaN/AlGaN гетероструктурный нормально - закрытый транзистор с затвором p - типа / О.Б. Кухтяева // Микроэлектроника и информатика - 2020. 27-я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов. - М., 2020.

114. Кухтяева О.Б. Разработка GaN транзисторов для переключателей СВЧ диапазона. / О.Б. Кухтяева // Микроэлектроника и информатика - 2018. 25 - я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов. - М.,2018.

115. Lee F. The effects of gate metals on the performance of p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors / F. Lee, L. Su, J. Huang // CS Mantech conference. - 2014. - P.153-156.

116. Low Trapping Effects and High Electron Confinement in Short AlN/GaN-on-SiC HEMTs by Means of a Thin AlGaN Back Barrier / K.Harrouche, Sr. Venkatachalam, L. Ben-Hammou et al. // Micromachines. - 2023. - Vol.14, №2. - P.291.

117. Normally-on/off AlN/GaN high electron mobility transistors / C. Y. Chang, C. F. Lo, F. Ren et al. // Phys. Status Solidi. - 2010. - Vol.C7, №10. - P.2415-2418.

118. Characterization and Electrical Modeling including Trapping Effects of AlN/GaN HEMT 4x50p,m on silicon substrate / M. Bouslama, A. Hajjar, R. Sommet et al. // 48th European Microwave Conference (EuMC). - 2018. - P.1302-1304.

119. High Power AlN/GaN HEMTs with record power-added-eficiency >70% at 40 GHz / K. Harrouche, R. Kabouche, Et. Okada, F. Medjdoub // IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS). -2020. - P.285-288.

120. Impact of undoped channel thickness and carbon concentration on AlN/GaN-on-SiC HEMT performances / K. Harrouche, Sr. Ventakatchalam, Fr. Granpierron et al. // Applied Physics Express. - 2022. - Vol.15. - P.116504.

121. Design of high performance normally-off dual junction gate AlGaN/GaN heterostructure field effect transistors for high voltage application / Z. Bai, J. Du, Z.Jiang, Q.Yu // J. Comput. Electron. - 2017. - Vol.16, №3. - P. 748-755.

122. Mohamed A.A. Theoretical investigation of trigate AlGaN/GaN HEMTs / A.A. Mohamed, R. Granzner, F. Schwier // IEEE Trans. Electron Devices. - 2013. - Vol.60, №10. - P. 3335-3341.

123. Ultrathin all-binary AlN/GaN based high-performance RF HEMT Technology / H. Xing, T. Zimmermann, D. Deen et al. // CS MANTECH Conference. - 2008.

124. Design and Fabrication of Normally-on and Normally-off Ultrathin AlN-based Transistors / Egorkin V.I.; Zemlyakov V.E.; Chukanova O.B.; Zhuravlev M.N. // Proceedings of

the 2023 Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElConRus), St. Petersburg Russia. - 2023. - P.783-786.

125. Above 600 mS/mm Transconductance with 2.3 A/mm Drain Current Density AlN/GaN High-Electron-Mobility Transistors Grown on Silicon / F. Medjdoub, M. Zegaoui, N. Waldhoff et al. // Applied Physics Express. - 2011. - Vol.4. - P.064106.

126. High hole mobility p-type GaN with low residual hydrogen concentration prepared by pulsed sputtering / Y.Arakawa, K.Ueno, A.Kobayashi et al. // APL Materials. - 2016. - Vol.4. - P.086103.

127. P-type gallium nitride by reactive ion-beam molecular beam epitaxy with ion implantation, diffusion, or coevaporation of Mg / M.Rubin, N.Newman, J.S.Chan et al. // Appl. Phys. Lett. - 1994. - Vol.64, No. 1. - P.64-66.

128. Gallium nitride-based complementary logic integrated circuits / Zh.Zheng, L.Zhang, W.Song et al. // Nature electronics. - 2021. - Vol.4. - P.595-603.

129. Demonstration of GaN Integrated HalfBridge With On-Chip Drivers on 200-mm Engineered Substrates / X. Li, K. Geens, W. Guo et al. // IEEE Electron Device Lett. - 2019. -Vol.40, No. 9. - P.1499-1502.

130. Чуканова О.Б. Нормально-закрытые GaN транзисторы для комплементарной пары / В.И. Егоркин, О.Б. Чуканова // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 5.

131. Чуканова О.Б. GaN-on-Si транзисторы для монолитных интегральных схем / О.Б. Чуканова // Микроэлектроника и информатика - 2022. 29 - я Всероссийская межвузовская научно - техническая конференция студентов и аспирантов. - М., 2022.

132. Моделирование GаN n-канальных и р-канальных нормально-закрытых транзисторов для монолитных схем / Егоркин В. И., Земляков В. Е., Зайцев А. А., Чуканова О. Б. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. - 2022. -Т.15. №3.3. - С.134-137.

133. GaN IC E-mode p-channel and n-channel transistors simulation / V.A. Bespalov, V.I. Egorkin, O.B. Chukanova et al. // Book of abstract. 9th International School and Conference on Optoelectronics, Photonics, Engineering and Nanostructures 24 - 27 May 2022. - Saint Petersburg, Russian Federation. - 2022.

134. Использование сверхвысокоомных эпитаксиальных структур кремния диаметром до 150 мм для роста Ga(Al)N-соединений методом МОГФЭ / Федотов С.Д., Лундин В.В., Чуканова О.Б. и др. // Наноиндустрия. - S7(107), Т. 14. - 2021. - С.197-200.

Приложение 1. Акты внедрения

УТВЕРЖДАЮ

оректор по научной работе гцовательского н., профессор С.А. Гаврилов Ш ' иШ.Ш^ 2024 г.

f* — -г-

Акт о внедрении

результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических

наук Чукановой О.Б.

Настоящим актом подтверждается, что методики моделирования, разработанные Чукановой О.Б. в ходе выполнения работ над кандидатской диссертацией «Исследование и моделирование AlGaN/GaN наногетероструктур для формирования нормально-закрытых транзисторов», а также технология формирования нормально-закрытого транзистора с р-затвором на основе AlGaN/GaN структуры были использованы в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники» при выполнении:

1. НИОКТР «Разработка технологии и технологическая подготовка к производству кристаллов транзисторов на основе гетероструктур нитрида галлия на подложке кремния диаметром 150 мм для силовых преобразовательных модулей» по Соглашению № 075-11-2019-068 от 26 ноября 2019г., руководитель - Егоркин В.И.

2. НИР ««Разработка технологии и моделирование нормально-открытых и нормально-закрытых транзисторов для монолитных ИС на основе GaN/Si структур» № 68ГУРЭС14/72798 от 29.12.2021 с Фондом Содействия Инновациям, руководитель -Чуканова О.Б.

3. НИР «Исследование технологий формирования невжигаемых омических контактов с расстоянием до 1 мкм на гетероструктурах нитрида галлия на кремниевых подложках диаметром 76 мм», договор № 222181200036-СП-2022 от 05.08.2022,

руководитель - Егоркин В.И.

4. ОКР «Разработка хмоделей гетероэпитаксильаной структуры и формирование эпислоя п+ методом молекулярно-лучевой эпитаксии», договор № 33/480-23 от 31.10.2023, руководитель - Егоркин В.И.

5. НИР «Силовой модуль для высоковольтных схем преобразования мощности на основе ОаЫ силовых транзисторов» в рамках Соглашения №075-03-2023-024 от 13.01.2023, руководитель - Царик К. А.

6. НИР «Исследование и моделирование конструкций транзисторных наногетероструктур типа АЮаШЗаЫ на подложках кремния и специальных подложках кубического карбида кремния на кремнии (ЗС-81С/81)» в рамках Соглашения №23-91-01006 от 29.11.2023 с Российским Научным Фондом, руководитель - Царик К.А.

Директор Института ИнЭл, д.т.н., доцент

Лосев В.В.

утвеИкдаю

Генерал ьн ¡/й/лиректор

АО «Зелено

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы на соискание ученой степени

Настоящим актом подтверждается, что результаты диссертационной работы Чукановой Ольги Борисовны «Исследование и моделирование AlGaN/GaN наногетерострукгур для формирования нормально-закрытых транзисторов», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, использованы в НИОКТР «Разработка технологии и технологическая подготовка к производству кристаллов транзисторов на основе гетероструктур нитрида галлия на подложке кремния диаметром 150 мм для силовых преобразовательных модулей» и в ОКР «Разработка типового технологического процесса для производства широкой номенклатуры СВЧ МИС и типового технологического процесса для производства силовых компонентов, на основе гетерозпитаксиальных структур нитрида галлия на пластинах диаметром 150 мм с проектными нормами до 0,25 мкм» при разработке конструкции и технологии нормально-закрытых транзисторов на основе гетерозпитаксиальных структур нитрида галлия.

Использование указанных результатов диссертационной работы позволяет оптимизировать технологический маршрут изготовления транзисторов и повысить воспроизводимость характеристик приборов.

кандидата технических наук Чукановой О.Б.

Зам. Ген. директора

Приложение 2. Патент