| Περίληψη |
Στην διδακτορική διατριβή διερευνήθηκαν οι δυνατότητες απόδοσης τρανζίστορ καινοτόμων ετεροδομών που βασίζονται σε στρώμα φραγμού AlN και κανάλι InN. Στο πρώτο στάδιο, μελετήθηκαν συστηματικά τα χαρακτηριστικά διατάξεων της διπλής ετεροδομής AlN/GaN/AlN. Παρατηρήθηκε αύξηση της συγκέντρωσης των ηλεκτρονίων από 6.8 x 1012 έως 2.1 x 1013 cm-2 με αύξηση του πάχους του άνω φραγμού AlN από 2.2 και 4.5 nm, ενώ το μέγιστο dc ρεύμα των τρανζίστορ που μετρήθηκε ήταν 1.1 Α/mm για πάχη 3.0 και 3.7 nm. Τα τρανζίστορ με πάχος 3.0 nm AlN επέδειξαν τα καλύτερα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά (διαγωγιμότητα, ρεύμα διαρροής, τάση κατάρρευσης). Ειδικά, η τάση κατάρρευσης παρουσίασε πολύ υψηλότερη τιμή (70 V), σε σχέση με την αντίστοιχη τιμή που μετρήθηκε (26 V) σε τρανζίστορ που βασίστηκαν σε μία απλή AlN/GaN δομή, εξαιτίας του πιο αποτελεσματικού περιορισμού των ηλεκτρονίων στο κανάλι. Η μικρή αστάθεια ρεύματος (~15%) που παρατηρήθηκε σε όλα τα τρανζίστορ αποδόθηκε στην παγίδευση ηλεκτρονίων σε περιοχές κάτω από την επιμετάλλωση της πύλης. Σε επόμενο στάδιο, μελετήθηκε ο σχηματισμός επαφών MIS και τρανζίστορ σε ετεροδομή με χαλαρωμένο κανάλι InN πάνω σε στρώμα προσαρμογής GaN, με χρήση στρώματος διηλεκτρικού SiNx που εναποτέθηκε απευθείας (in-situ) μέσω της τεχνικής PAΜΒΕ πάνω στην επιφάνεια του InN. Στην περίπτωση πολύ λεπτού στρώματος InN πάχους 2 nm, οι διατάξεις MIS επέδειξαν μονωτικά χαρακτηριστικά και δυνατότητα πλήρους απογύμνωσης του καναλιού InN.Τα τρανζίστορ παρουσίασαν μέγιστο ρεύμα 60 mA/mm και τάση κατωφλίου -9.5 V και -15 V, για δύο διαφορετικά πάχη SiNx, 5 και 10 nm, αντίστοιχα. Αύξηση του πάχους του InN, από 4 έως 10 nm, είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του μέγιστου ρεύματος των τρανζίστορ από 0.5 A/mm έως 1.2 Α/mm, αντίστοιχα, αλλά παρατηρήθηκε δυσκολία στον πλήρη έλεγχο του ρεύματος στο κανάλι εξαιτίας των πολύ υψηλών συγκεντρώσεων των ηλεκτρονίων. Η in-situ εναπόθεση διηλεκτρικού SiNx, σαν στρώμα αδρανοποίησης της επιφάνειας και διηλεκτρικό πύλης, διερευνήθηκε και στην περίπτωση της διπλής ετεροδομής ΑlN/GaN/AlN (με 1 nm GaN cap). Μετρήσεις χωρητικότητας–τάσης σε Schottky διόδους (χωρίς SiNx) και διατάξεις MIS, έδειξαν πολύ υψηλή αύξηση στην συγκέντρωση των ηλεκτρονίων στο κανάλι από 1.6 x 1013 cm-2 σε 4.0 x1013 cm-2, αντίστοιχα, και ανάλογη αύξηση στα ρεύματα των τρανζίστορ για μηδενική τάση πύλης. Η απόδοση όμως των MIS τρανζίστορ περιορίστηκε από προβλήματα υψηλής διαρροής και αστάθειας ρεύματος εξαιτίας της ύπαρξης μεγάλης πυκνότητας καταστάσεων παγίδων στο SiNx.
|
Fabrication and analysis of of heterostructure field effect transistors based on AlN and InN
