Влияние пассивационных слоев на основе нитрида кремния и диоксида кремния на характеристики AlGaN/GaN-ТВПЭ с полевой обкладкой в закрытом состоянии)

В статье представлены результаты исследования в рамках компьютерного моделирования влияния пассивационных слоев на основе Si3N4 и SiO2 на напряжение пробоя в закрытом состоянии транзистора с высокой подвижностью электронов на основе AlGaN/AlN/GaN с полевыми обкладками, подключенными к истоку или затвору. Выяснено, что напряжение пробоя приборной структуры с полевой обкладкой при использовании пассивационного слоя на основе SiO2 заметно выше, чем при использовании Si3N4, что контрастирует с результатами, обычно получаемыми для транзисторов без полевых обкладок. Также обнаружено, что внутренние механические напряжения в пассивационных слоях на основе Si3N4 определенной толщины (250–300 нм) оказывают существенное влияние на пробивные характеристики, и применение слоев, имеющих механические напряжения на растяжение, может приводить к повышению напряжения пробоя. Проведен анализ характеристик приборной структуры с двойной пассивацией на основе Si3N4/SiO2 и полевой обкладкой, подключенной к затвору.

1. Wang Y., Ding Y., Yin Y. (2022) Reliability of Wide Band Gap Power Electronic Semiconductor and Packaging: A Review. Energies. 15 (18). https://doi.org/10.3390/en15186670.

2. Mendes J. C., Liehr M., Li C. (2022) Diamond/GaN HEMTs: Where from and Where to? Materials. 15 (2). https://doi.org/10.3390/ma15020415.

3. Tang Y., Shinohara K., Regan D., Corrion A., Brown D., Wong J. (2015) Ultra-High-Speed GaN High-Electron-Mobility Transistors with fT/fmax of 454/444 GHz. IEEE Electron Device Letters. 36 (6), 549–551. https://doi.org/10.1109/LED.2015.2421311.

4. Chu J., Wang Q., Jiang L., Feng C., Li W., Liu H., et al. (2021) Room Temperature 2DEG Mobility Above 2350 cm2 /(V·s) in AlGaN/GaN HEMT Grown on GaN Substrate. Journal of Electronic Materials. 50 (5), 2630–2636. https://doi.org/10.1007/s11664-021-08778-y.

5. Iwamoto T., Akiyama S., Horio K. (2021) Passivation-Layer Thickness and Field-Plate Optimization to Obtain High Breakdown Voltage in AlGaN/GaN HEMTs with Short Gate-to-Drain Distance. Microelectronics Reliability. 121. https://doi.org/10.1016/j.microrel.2021.114153.

6. Farahmand M., Movaz M., Garetto C., Bellotti E., Brennan K. F., Goano M., et al. (2001) Monte Carlo Simulation of Electron Transport in the III-Nitride Wurtzite Phase Materials System: Binaries and Ternaries. IEEE Transactions on Electron Devices. 48 (3), 535–542. https://doi.org/10.1109/16.906448.

7. Selberherr S. (1984) Analysis and Simulation of Semiconductor Devices. Germany, Springer-Verlag Publ.

8. Hanawa H., Onodera H., Nakajima A., Horio K. (2014) Numerical Analysis of Breakdown Voltage Enhancement in AlGaN/GaN HEMTs with a High-k Passivation Layer. IEEE Transactions on Electron Devices. 61 (3), 769–775. https://doi.org/10.1109/TED.2014.2298194.

9. Palankovski V., Quay R. (2004) Analysis and Simulation of Heterostructure Devices. Wien-NY, Springer-Verlag Publ.

10. Ha M.-W., Lee S.-C., Park J.-H., Her J.-C., Seo K.-S., Han M.-K. (2006) Silicon Dioxide Passivation of AlGaN/GaN HEMTs for High Breakdown Voltage. 2006 IEEE International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC’s. https://doi.org/10.1109/ISPSD.2006.1666098.

11. Cho S.-J., Wang C., Kim H.-Y. (2012) Effects of Double Passivation for Optimize DC Properties in Gamma-Gate AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistor by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition. Thin Solid Films. 520 (13), 4455–4458. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2012.02.055.

12. Jeon C. M., Lee J.-L. (2005) Effects of Tensile Stress Induced by Silicon Nitride Passivation on Electrical Characteristics of AlGaN/GaN Heterostructure Field-Effect Transistors. Applied Physics Letters. 86 (17). https://doi.org/10.1063/1.1906328.

13. Onodera H., Hanawa H., Horio K. (2014) Analysis of Breakdown Characteristics in Gate and Source FieldPlate AlGaN/GaN HEMTs. Technical Proceedings of the 2014 NSTI Nanotechnology Conference and Expo, NSTI-Nanotech 2014. 2, 499–502. https://doi.org/10.1002/pssc.201510155.

14. Huang Z., Duan J., Li M., Ma Y., Jiang H. (2024) Effect of SiO2 Layer Thickness on SiO2/Si3N4 Multilayered Thin Films. Coatings. 14. https://doi.org/10.3390/coatings14070881.