AlGaN/GaN 기반 HEMT의 Al2O3/ZrO2 게이트 스택 최적화
Optimization of Al2O3/ZrO2 Gate Stack in AlGaN/GaN-based HEMT
- 주제(키워드) HEMT , AlGaN/GaN , gate insulator , bilayer
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 허준석
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034527
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 AlGaN/GaN 기반의 MIS-HEMT(High Electron Mobility Transistor)를 활용하여 고주파 및 고전력 소자로의 우수한 신뢰성을 가진 소자를 제작하고 이를 측정하였다. AlGaN/GaN HEMT 는 높은 항복 전압, 높은 전류 밀도, 고온 동작 특성으로 인해 고주파 통신 및 전력 변환 장치에 적합한 소자로 주목받고 있다. 그러나 기존의 Schottky 게이트 구조는 높은 게이트 누설 전류와 전류 붕괴(Current Collapse)로 인해 소자의 성능 및 신뢰성이 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해 본 연구에서는 MIS(Metal-Insulator- Semiconductor) 구조를 채택하여 Off Current 를 감소시키고 전력 손실을 줄이고자 하였다. MIS 구조는 우수한 특성을 제공하지만, 인터페이스 트랩(Interface Trap)의 영향을 크게 받는다. 이를 극복하기 위해 PMA(Post Metallization Annealing) 공정을 도입하고, ALD(Atomic Layer Deposition)를 활용하여 다양한 유전체 물질과 구조에 대한 연구를 수행하였다. 일반적으로 연구에서 사용되는 유전체 물질로는 SiO2[1-3], Si3N4[4-7], HfO2[8, 9], ZrO2[10, 11], Al2O3[12-14] 등이 있으며, 특히 Al2O3 와 HfO2 는 높은 유전율, 넓은 밴드갭, 우수한 산화 안정성을 가지는 물질로 주목받고 있다. 또한, 일부 연구에서는 이중층(Bilayer) 구조에 대한 연구도 진행되고 있으며, 이는 단층 구조보다 우수한 신뢰성 및 전기적 특성을 제공할 수 있음을 시사한다[15-20]. 본 연구에서는 이러한 기존 연구를 바탕으로 Al2O3 기반의 Bilayer 구조를 집중적으로 연구하였다. 본 연구에서 수행한 주요 측정은 다음과 같다. AC Method 를 활용하여 인터페이스 트랩 밀도(Interface Trap Density)를 측정하였으며, 전류 붕괴(Current Collapse), 병렬 컨덕턴스(Parallel Conductance) 등 트랩 특성을 정밀하게 측정하였고, 표면 분석을 통해 인터페이스 상태 및 트랩의 영향을 확인하였다. 또한, 게이트 스트레스와 드레인 스트레스 하에서 소자의 전기적 특성을 평가하여 신뢰성을 분석하였다. 그 결과, Al2O3/ZrO2 이중층 구조는 단층 구조에 비해 게이트 스트레스와 드레인 스트레스에 따른 전류 붕괴를 효과적으로 억제하며, 높은 Gm(트랜스컨덕턴스)와 전류 밀도를 유지하는 데 있어 우수한 성능을 보였다. 이러한 결과는 차세대 E-mode GaN 기반 HEMT 소자의 개발에 있어 중요한 자료로 활용될 수 있을 것이다.
more목차
제 1장 서론 1
제 1.1절 MIS 구조의 Power HEMT 연구의 필요성 1
제 1.2절 III-V 화합물 반도체 GaN HEMT 3
제 2장 공정 및 재료 특성 분석 7
제 2.1절 MIS HEMT의 Epi 구조 및 제작 과정 7
제 2.2절 PMA 공정의 여부에 따른 성능 비교 12
제 3장 insulator에 따른 특성 및 Trap 분석 15
제 3.1절 Insulator 변화에 따른 전류 분석 15
제 3.2절 각 소자의 Trap 특성 평가 23
제 4장 결론 36
참 고 문 헌 38
