전기적 문턱전압 조절이 가능한 강유전체 게이트 MFMIS GaN HEMT
Ferroelectric-Gate MFMIS GaN HEMTs With Electrically Tunable Threshold Voltage
- 주제(키워드) 강유전체 기반 HEMT , 전기적 문턱전압 조절 , MFIS 구조 , MFMIS 구조
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김장현
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035094
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 논문에서는 Aluminium Gallium Nitride (AlGaN)/Gallium Nitride (GaN) 기반 고이동도 전자 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT)에 강유전체 (ferroelectric) 물질인 Hafnium Zirconium Oxide (HZO) 박막을 사용한 금속–강유전체–절연체-반도체 (MFIS) 구조 및 금속-강유전체-금속-절연체-반도체 (MFMIS) 구조의 전기적 특성을 분석한다. 최근 강유전체 기반 HEMT는 고속 스위칭, 고전력 구동, 비휘발성 메모리 기능의 통합이라는 측면에서 차세대 지능형 전력 소자 및 집적 회로 (IC) 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 특히, HZO는 스케일링에 유리하며, CMOS 공정과의 호환성이 뛰어나 차세대 강유전체 소자 구현에 적합한 재료로 각광받고 있다. 본 연구에서는 강유전체의 분극 특성을 이용하여 AlGaN/GaN HEMT의 문턱전 압을 전기적으로 조절하고, 전달 곡선 (transfer curve), 출력 곡선 (output curve), subthreshold swing (SS), retention 특성을 MFIS 구조와 MFMIS 구조에서 비교 분석한다. MFIS 구조에서는 원활한 전하보상이 이루어지지 않기 때문에 문턱전압 조절이 제한된다. 반면, MFMIS 구조에서는 하부 금속층 (bottom metal)에 의해 원활한 전하보상이 이루어져 비교적 안정적인 분극 유지가 가능하고, 그 결과 문턱전압 조절이 가능해진다. 또한, retention 특성을 통해 강유전체의 잔류 분극이 소자의 전기적 동작 안정성에 미치는 영향을 정량적으로 분석한다. 본 연구는 강유전체 기반 HEMT의 전기적 문턱 전압 조절 을 위한 최적화된 구조를 제시하며, 향후 GaN 기반 전력 집적회로 (power IC) 설계의 기반 자료로 활용될 수 있을 것이다. 주제어 : 강유전체 기반 HEMT, 전기적 문턱전압 조절, MFIS 구조, MFMIS 구조
more목차
제 1장 서론 1
제 1.1절 강유전체 기반 HEMT 연구의 필요성 1
제 1.2절 Ⅲ-Ⅴ 화합물 반도체 GaN HEMT 4
제 2장 소자 제작 및 조건 최적화 7
제 2.1절 에피 구조 및 제작 과정 7
제 2.2절 열처리 조건 최적화 13
제 3장 소자의 특성 평가 및 시뮬레이션 17
제 3.1절 MFIS 구조의 전기적 특성 17
제 3.2절 MFMIS 구조의 전기적 특성 25
제 3.3절 TCAD 시뮬레이션 분석 38
제 4장 결론 43
참고문헌 45
