GaN MIS-HEMT 절연체의 측면 및 수직 전하 확산
Lateral and Vertical Charge Diffusion in GaN MIS-HEMT Insulators
- 주제(키워드) GaN MIS-HEMT , 문턱 전압 안정성 , DC stress 및 recovery 테스트
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김장현
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 지능형반도체공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000035095
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구는 Gallium nitride (GaN) 기반 Metal–Insulator–Semiconductor (MIS) 고전자이동 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT)에서 다양한 고유전율 (high-κ) 절연층을 적용하여 전하 trapping에 따른 문턱 전압 이동 및 전류 특성의 열화를 분석하였다. 특히, stress 및 recovery 조건에서 절연층 내부에서 발생하는 전하의 측면 (lateral) 및 수직 (vertical) 확산 메커니즘을 규명하였다. 단일 절연층 (HfO2, ZrO2) 및 이중층 (Al2O3/HfO2, Al2O3/ZrO2), 다중층 구조를 도입한 MIS-HEMT 장치를 제작하고, Measure-Stress-Measure (MSM) 방식의 실험을 수행하여 문턱 전압의 변화를 분석했다. 특히, HfO2와 Al2O3/HfO2 장치에서 on/off current의 동적 변화를 분석하였다. HfO2 기반 장치에서는 lateral 확산이 주요 메커니즘으로 작용하여 stress 이후 recovery 단계에서 on current (Ion) 및 off current (Ioff)가 급격히 감소하는 현상이 확인되었다. 반면, ZrO2과 Al2O3 기반 장치에서는 vertical 확산이 지배적으로 작용하여 stress 후 문턱 전압이 비정상적으로 감소 (back-shift)하고 recovery 초기에는 일시적 증가 (overshoot)하는 현상을 보였다. 전하 확산 특성을 비교한 결과, 절연체의 물성뿐 아니라 층의 구성이 문턱 전압 이동에 큰 영향을 미치며, 특히 high-κ 재료의 적절한 조합을 통해 장치의 열화 특성을 효과적으로 조절할 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 MIS-HEMT의 장기적 신뢰성 확보를 위해 절연층 내 전하 확산 경로의 정밀한 제어와 계면 엔지니어링이 핵심적이라는 점을 실험적으로 입증하였다. 주제어: GaN MIS-HEMT, 문턱 전압 안정성, DC stress 및 recovery 테스트
more목차
제1장. 서론 1
제1.1절 GaN HEMT introduction 1
제1.2절 MIS-HEMT에서 신뢰성 연구의 필요성 5
제1.3절 본 논문의 구성 8
제2장. GaN MIS-HEMT 공정 및 실험 방법 10
제2.1절 단일층, 이중층, 다중층 MIS-HEMT 공정 및 구조 10
제2.2절 Stress-Recovery 실험 조건 및 측정 방법 17
제3장. 절연체 내에서 전하의 lateral 확산 현상 19
제3.1절 HfO2, Al2O3/HfO2 장치의 문턱 전압 신뢰성 19
제3.2절 Charge lateral 확산 현상 24
제3.3절 비대칭 recovery 측정을 통한 전하의 lateral 확산 검증 28
제4장. 절연체 내에서 전하의 vertical 확산 현상 31
제4.1절 ZrO2, Al2O3/ZrO2 장치의 문턱 전압 신뢰성 31
제4.2절 Charge vertical 확산 현상 34
제4.3절 다중층 절연체를 통한 전하의 vertical 확산 검증 및 해결 37
제5장. 결론 39
참고문헌 41
