CC BY
1Научная статья УДК 621.382.323
doi:10.24151/1561-5405-2024-29-5-616-624
EDN: APTQXV
Нормально-закрытые GaN-транзисторы для комплементарной пары
В. И. Егоркин, О. Б. Чуканова
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Аннотация. Для решения задач микроминиатюризации и повышения функциональных возможностей приборов на основе гетероструктур AlGaN/GaN необходимо создавать монолитные схемы, содержащие цифровую и аналоговую части, изготовленные на едином кристалле. Наиболее перспективным способом создания нормально-закрытого ва^транзис-тора является использование р^а^затвора. В работе представлены результаты моделирования нормально-закрытых п- и р-канальных транзисторов на основе GaN-структуры с р-GaN эпитаксиальным слоем. Физическая модель нормально-закрытого транзистора с р-затвором отка-либрована в соответствии с экспериментом. Установлено, что ВАХ смоделированных транзисторов отличаются от ВАХ экспериментальных образцов не более чем на 20 %. Выбрана конструкция р-канального транзистора с учетом того, что пороговые напряжения п- и р-канальных транзисторов для комплементарной пары должны совпадать по модулю -1 В. Показана возможность создания на основе рассматриваемой гетероструктуры комплементарной пары с точкой переключения 2,7 В для монолитных ИС.
Ключевые слова: нормально-закрытый транзистор, ва^ комплементарная пара, TCAD-моделирование, монолитная интегральная схема
Для цитирования: Егоркин В. И., Чуканова О. Б. Нормально--закрытые Оа№гран-зисторы для комплементарной пары // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 5. С. 616-624. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-5-616-624. - ББ№ АРТОХУ
© В. И. Егоркин, О. Б. Чуканова, 2024
Original article
Normally-off GaN ^-channel transistor for complementary pair
V. I. Egorkin, O. B. Chukanova
National Research University of Electronic Technology, Moscow, Russia [email protected]
Abstract. In order to solve the microminiaturization problems and to increase capacity of devices based on AlGaN/GaN heterostructures, it is necessary to produce monolithic circuits containing digital and analog parts manufactured on a single chip. The most promising method of a normally-off GaN transistor formation is to use a p-GaN gate. In this work, simulation results of normally-off n- and p-channel transistors based on GaN structure with p-GaN epitaxial layer are presented. Physical analog of normally-off transistor with p gate was calibrated as required by experiment. It has been established that current-voltage characteristics of simulated transistors differ from current-voltage characteristics of prototype hardware by no more than 20 %. The p-channel transistor design has been chosen considering that threshold voltages of the n- and p-channel transistors for a complementary pair should coincide in modulus -1 V. The possibility is shown to form a complementary pair for monolithic ICs based on the considered heterostructure with switching value 2.7 V.
Keywords, normally-off transistor, GaN, complementary pair, TCAD simulation, monolithic integrated circuit
For citation. Egorkin V. I., Chukanova O. B. Normally-off GaN p-channel transistor for complementary pair. Proc. Univ. Electronics, 2024, vol. 29, no. 5, pp. 616-624. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-5-616-624. - EDN. APTQXV
Введение. HEMT-траюисторы на основе гетероструктур AlGaN/GaN характеризуются малым сопротивлением открытого канала, высокой скоростью переключения, могут работать при высоких температурах и поэтому применяются в качестве высоковольтных мощных ключей и усилителей СВЧ-диапазона [1, 2]. Как правило, такие транзисторы работают в режиме обеднения, т. е. являются нормально-открытыми приборами с n-типом носителей. В ряде применений, особенно в высоковольтных системах, более предпочтительны нормально-закрытые транзисторы. Нормально-закрытый режим работы HEMT-транзисторов на основе гетероструктур AlGaN/GaN обеспечивает безопасную схему включения высоковольтной нагрузки.
В литературе рассматриваются различные способы формирования нормально -закрытого транзистора с носителями n-типа на основе GaN-структуры, а именно: утонение барьерного слоя под затвором, при котором потенциал барьера Шоттки, образованного при нанесении металла затвора, вытесняет носители из канала гете-роструктуры [3]; утонение барьерного слоя под затвором, при котором происходит внедрение отрицательных ионов фтора, компенсирующих спонтанные поляризационные заряды на гетерогранице, что приводит к обеднению канала носителями [4]; использование p-GaN-затвора [5, 6]. Среди перечисленных способов использование
р-затвора наиболее перспективно. Верхним слоем гетероструктуры формируется слой GaN р-типа, который приводит к изменению зонной диаграммы таким образом, что происходит обеднение канала. Данный способ обеспечивает контроль порогового напряжения транзистора, а также более высокие значения пробивных напряжений по сравнению с другими методами.
Для решения задач микроминиатюризации и повышения функциональных возможностей приборов на основе GaN-структуры необходимо решить задачу создания монолитных схем, содержащих цифровую и аналоговую части, изготовленных на едином кристалле, в частности разработать комплементарную пару на основе GaN. В последнее время появились публикации о разработке технологии изготовления таких схем [7-10]. Они включают в себя нормально-закрытые и-канальные транзисторы с р-затвором и нормально-закрытые р-канальные транзисторы, изготовленные на основе слоя р-затвора. Самый распространенный способ формирования р-канального транзистора -утонение р-слоя под затвором [10]. В работе [7] описывается формирование р-канального транзистора с помощью утонения р-слоя в области под затвором и нанесения А120з в качестве подзатворного диэлектрика, а также рассматриваются и-канальный и р-канальный транзисторы на основе одной и той же структуры.
В настоящей работе предлагается GaN-структура со спейсерным AlN-слоем, который уменьшает рассеивание носителей в канале и тем самым способствует увеличению тока стока [11]. Проводится моделирование транзисторов и- и р-типов по отдельности и в комплементарной паре, находится их точка переключения. Описываются способы увеличения тока стока, так как основной проблемой р-канальных транзисторов является малая подвижность носителей заряда в канале, вследствие чего они имеют малые плотности тока стока.
Моделирование нормально-закрытого я-канального транзистора. Наиболее востребованными высоковольтными GaN-приборами на сегодняшний день являются и-канальные нормально-закрытые транзисторы. Схема их включения гораздо проще и надежнее, чем схема нормально-открытых высоковольтных транзисторов. Кроме того, при использовании таких транзисторов не применяется двуполярное питание. Эпитак-сиальные структуры для таких транзисторов выращиваются, как правило, методом ме-таллоорганического химического осаждения из паровой фазы (Metal Organic Chemical Vapor Déposition, MOCVD).
Для исследования смоделирована структура со следующим составом (снизу вверх): подложка Si(111); буфер толщиной 3 мкм; нелегированный канальный слой GaN толщиной 300 нм; спейсерный AlN-слой толщиной 1 нм; барьерный слой AlGaN толщиной 15 нм с мольной долей А1, равной 20 %, слой р-GaN толщиной 100 нм. Изначально
19 —3
верхний р-слой GaN легирован Mg до концентрации порядка 3-10 см . Активация примеси в данном слое происходит во время роста пластины в MOCVD-камере в среде N2 при температуре 750 °C в течение 45 мин. Конечная концентрация активной приме-
18 —3
си в р-слое 10 см .
Моделирование транзистора проведено с помощью TCAD на основе решения системы уравнений Пуассона и уравнения токопереноса в рамках диффузионно-дрейфового приближения. Расчет структуры проведен без включения гидродинамической и термодинамической моделей, так как в противном случае ухудшается сходимость решаемой задачи в TCAD. Поэтому для упрощения моделирования расчет проведен при комнатной температуре. Характеристики реальных приборов при таком приближении могут отличаться от результатов моделирования на 5—10 %.
На результат моделирования значительное влияние оказывают граничные условия интерфейсов. В частности, влияет описание интерфейса SiN/AlGaN, т. е. пассивация прибора. В качестве пассивирующего диэлектрика использован SiN, так как он характеризуется отличными адгезионными свойствами к нитридным материалам, устойчив к высоким температурам и более технологичен, чем SiO2. Существует несколько подходов описания границы раздела SiN/AlGaN, позволяющих учесть суммарный заряд, возникающий за счет поверхностных состояний, спонтанной и пьезоэлектрической поляризаций [12]: учет заряда за счет изменения поляризации на границе раздела SiN/AlGaN; искусственное введение дефектного уровня на границе раздела SiN/AlGaN; введение компенсирующего заряда на границе раздела SiN/AlGaN. Изменение поляризации на границе SiN/AlGaN со стороны поверхности AlGaN приводит к изменению поляризационного заряда и на «зеркальной» поверхности AlGaN, что может привести к неадекватному описанию заряда в канале. Разработчики TCAD в качестве граничного условия на интерфейсе SiN/AlGaN искусственно вводят дефектный уровень. Однако в таком случае увеличивается число неопределенных параметров расчета, а именно тип ловушек - доноры или акцепторы, их концентрация и положение их энергетического уровня в запрещенной зоне. Для простоты расчета интерфейс SiN/AlGaN описан через фиксированный положительный заряд на границе с плотностью Ns. Заряд на интерфейсе может быть не полностью компенсированным, что зависит от технологии нанесения пассивирующего диэлектрика и состава самого диэлектрика. Этот заряд будет определять количество носителей заряда в канале, расчеты которого для рассматриваемой гетероструктуры проведены при разных значениях плотности заряда с помощью решения уравнения Пуассона.
13 —2 13 -2
Установлено, что при Ns < 1,8-10 см канал не образуется, при Ns = 2,7-10 см поверх-
«-» u J3 —2
ностный заряд на интерфейсе SiN/AlGaN полностью компенсирован, при Ns = 2,9-10 см
13 —2
появляется паразитный канал, поэтому для расчетов Ns = 2,7-10 см .
Важным аспектом в моделировании является описание контактов. Омические контакты формируют на основе пленок Ti-Al-Ni-Au, а затворы — на основе Ni-Au. Для моделирования значения барьера Шоттки взяты из работы [13], где показаны результаты измерений барьеров Шоттки различных металлов к n- и р-типу GaN на основе опубликованных экспериментальных данных. Для контактов сток и исток работа выхода из металла составляет 4,3 эВ [12], для затвора — равна 5,2 эВ.
Разработанный технологический маршрут изготовления нормально-закрытого n-канального транзистора включает в себя следующие этапы. Сначала формируется межприборная изоляция путем мезатравления или имплантации ионов азота с различной энергией. Затем стравливается слой p-GaN в необходимых областях для дальнейшего формирования омических контактов и затворов. Напыляются пленки Ti-Al-Ni-Au (20/100/40/30 нм) электронным лучом для формирования омических контактов и вжи-гаются в атмосфере азота при температуре 870 °С. Далее напыляются пленки Ni/Au для формирования затворов, пассивируется поверхность прибора, формируется металлизация затвора, межслойная изоляция и металлизация первого и второго уровней.
По разработанному технологическому маршруту изготовлены экспериментальные образцы. На рис. 1 показаны расчетные и экспериментальные ВАХ образцов. Расчетные ВАХ отличаются от экспериментальных не более чем на 20 % при насыщении, т. е. при напряжении на стоке более 4 В. Максимальный ток стока при напряжении на затворе, равном 5 В, составляет около 190 мА/мм. Как показано в [14], наклон ВАХ в линейной части определяется нескомпенсированным зарядом на интерфейсе SiN/AlGaN. Степень компенсации заряда на интерфейсе — неконтролируемая величина на практике, которая влияет на наклон линейной области ВАХ [14]. При верификации модели допу-
стимо, что результат моделирования не полностью совпадает с экспериментом, так как рассматривается идеальный случай пассивации, когда заряд на поверхности AlGaN полностью компенсирован. Длина затвора транзистора составляет 4,4 мкм, расстояние между стоком истоком 20 мкм, ширина транзистора 100 мкм. Пороговое напряжение исследуемого транзистора равно 1 В, что соответствует результатам моделирования. Максимальный ток стока транзистора составляет ~ 180 мА/мм при напряжении на затворе 4 В. При подаче на затвор напряжения более 4 В, т. е. больше ширины запрещенной зоны GaN, появляется ток утечки в затвор (см. рис. 1). Транзистор при таком напряжении на затворе максимально открыт, дальнейшее увеличение напряжения приведет к полной деградации р-GaN-затвора.
Моделирование нормально-закрытого р-канального транзистора. Моделирование нормально-закрытого р-канального транзистора на основе гетероструктуры AlGaN/GaN проводили при условии, что область канала формируется утонением подза-творной области. Но данный способ имеет недостатки: в GaN подвижность дырок слишком мала (~ 15 см /Вс при комнатной температуре), утонение подзатворной области приводит к малым токам стока [15, 16].
Для моделирования р-канального полевого транзистора выбраны следующие параметры: длина затвора 3 мкм, расстояние между стоком и истоком 12 мкм, омические контакты идеальные. Параметры структуры, а также интерфейсные условия такие же, как и для и-канального транзистора. В данном случае неизвестно интерфейсное условие GaN/Al2O3. По аналогии с и-канальным транзистором рассчитаны зонные диаграммы при различных значениях фиксированного заряда на интерфейсе GaN/Al2O3. Идеальной пассивации, т.е. пассивации, при которой получаются плоские зоны, соответствует плотность фиксированного заряда 1013 см-2. Согласно работе [17] плотность фиксиро-
13 —2
ванного заряда на этой границе также составляет 10 см . Поскольку рассматривается транзистор с диэлектриком под затвором, граничное условие на интерфейсе GaN/Al2O3 будет влиять на его пороговое напряжение. Установлено, что при плотности фиксированного заряда, меньшей либо равной 1013 см-2, транзистор получается нормально-закрытым, а при большей — открытым (рис. 2). Таким образом, пассивация значительно влияет на характеристики прибора.
Основными параметрами, определяющими пороговое напряжение транзистора, являются параметры р-слоя — уровень легирования и толщина р-слоя под затвором, а также толщина подзатворного диэлектрика. Уровень легирования и толщина р-слоя исходной гетероструктуры выбраны с учетом того, что и-канальный транзистор, сформированный на ней, должен быть закрыт. Толщина подзатворного диэлектрика и толщина р-слоя под затвором выбираются так, чтобы пороговое напряжение р-канального транзистора по модулю составляло 1 В, как у и-канального транзистора. На рис. 3 показано
Напряжение на стоке, В
Рис. 1. ВАХ нормально-закрытого n-канального транзистора при разном напряжении на затворе: 1, 1' - 1 В; 2, 2' - 2 В; 3, 3' - 3 В; 4, 4' - 4 В; 5, 5' - 5 В
(---моделирование;-эксперимент)
Fig. 1. Current-voltage characteristics of normally-off
n-channel transistor (---simulation result, -
measurements of the experimental sample) at different gate voltage: 1, 1' - 1 V; 2, 2' - 2 V; 3, 3' - 3 V; 4, 4' - 4 V; 5, 5' - 5 V
влияние толщины подзатворного диэлектрика на пороговое напряжение прибора при толщине р-слоя 15 нм. Чем больше толщина подзатворного диэлектрика, тем больше пороговое напряжение по модулю р-канального транзистора. Исследовано влияние толщины р-слоя под затвором на ток стока при фиксированной толщине подзатворного диэлектрика. Для того чтобы транзистор работал, а не был «наглухо» закрытым, толщина подзатворного диэлектрика должна быть более 12 нм. Таким образом, для р-канального транзистора выбраны следующие параметры: толщина р-слоя под затвором 15 нм, толщина подза-творного диэлектрика 20 нм.
На рис. 4 показаны ВАХ р-канального полевого транзистора. Максимальный ток
стока прибора составляет около -20 мА/мм при напряжении на затворе -5 В. Пороговое напряжение прибора составляет около -1 В, что по модулю соответствует пороговому напряжению п-канального прибора.
Рис. 2. Проходные характеристики транзистора при различной плотности фиксированного
заряда Ns на границе раздела GaN/Al2O3 Fig. 2. Transfer characteristics of the transistor at different fixed charge densities Ns at the GaN/Al2O3 interface
Толщина подзатворного диэлектрика,
Рис. 3. Зависимость порогового напряжения р-канального транзистора от толщины
подзатворного диэлектрика Fig. 3. Dependence of the p-channel transistor threshold voltage on the thickness of the gate dielectric
Рис. 4. ВАХ р-канального полевого транзистора
при разном напряжении на затворе UG Fig. 4. Current-voltage characteristics of a p-channel field-effect transistor at different gate voltage UG
Моделирование п- и р-канальных транзисторов в комплементарной паре.
На рис. 5 показаны проходные характеристики п- и р-канальных приборов в логарифмическом масштабе в комплементарной паре. Видно, что разрабатываемые приборы по уровню порогового напряжения соответствуют друг другу. Определена точка переключения транзисторов в комплементарной паре, равная 2,7 В при напряжении питания 5 В. Эта точка условного равенства токов п- и р-канальных транзисторов. В идеальном случае напряжение переключения транзисторов должно равняться половине напряжения питания, тогда получаются максимальные помехозащищенность и помехоустойчивость. В рассматриваемом случае при напряжении питания 5 В напряжение переключения транзисторов на 0,2 В больше половины напряжения питания.
Напряжение
I | I | I | I | I
0 12 3 4 5
Напряжение на затворе, В
Рис. 5. Проходные характеристики активного и нагрузочного транзисторов в логарифмическом масштабе в комплементарной паре на основе GaN (точка переключения 2,7 В,
напряжение питания 5 В) Fig. 5. Transfer characteristics of active and load transistors on a logarithmic scale in a complementary pair based on GaN (switching point 2.7 V, supply voltage 5 V)
В целях увеличения тока р-канального транзистора можно уменьшить размеры р-канального транзистора, например сделать расстояние между стоком и истоком 4 мкм и длину затвора 1 мкм. Тогда сопротивление канала уменьшится приблизительно в три раза. Для увеличения тока стока можно подобрать другие параметры толщины р-слоя под затвором, например более 15 нм, и толщины подзатворного диэлектрика, используя рассмотренные методы моделирования.
Для формирования р-канального транзистора в едином технологическом цикле с n-канальным можно использовать разработанный технологический маршрут.
Заключение. В результате моделирования и исследования нормально-закрытых пи р-канальных транзисторов на основе GaN-структуры с p-GaN эпитаксиальным слоем показано, что они позволяют создавать монолитные ИС, включающие в себя цифровую и аналоговые части, на едином кристалле.
Литература
1. GaN-on-Si power technology: Devices and applications / K. J. Chen, O. Haberlen, A. Lidow et al. // IEEE Transactions on Electron Devices. 2017. Vol. 64. No. 3. P. 779-795. https://doi.org/10.1109/ TED.2017.2657579
2. Mishra U. K., Shen L., Kazior T. E., Wu Y.-F. GaN based RF power devices and amplifiers // Proceedings of the IEEE. 2008. Vol. 96. No. 2. P. 287-305. https://doi.org/10.1109/JPROC.2007.911060
3. Landford W. B., Tanaka T., Otoki Y., Adesida I. Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage // Electron. Lett. 2005. Vol. 41. Iss. 7. P. 449-450. https://doi.org/10.1049/el:20050161
4. Cai Y., Zhou Y., Lau K. M., Chen K. J. Control of threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs by fluoride-based plasma treatment: From depletion mode to enhancement mode // IEEE Transactions on Electron Devices. 2006. Vol. 53. Iss. 9. P. 2207-2215. https://doi.org/10.1109/TED.2006.881054
5. Roccaforte F., Greco G., Fiorenza P., Iucolano F. An overview of normally-off GaN-based high electron mobility transistors // Materials. 2019. Vol. 12. Iss. 10. Art. No. 1599. https://doi.org/10.3390/ma12101599
6. Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors using hydrogen plasma treatment / R. Hao, K. Fu, G. Yu et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109. Iss. 15. Art. No. 152106. https://doi.org/10.1063/ 1.4964518
7. P-channel GaN transistor based on p-GaN/AlGaN/GaN on Si / N. Chowdhury, J. Lemettinen, Q. Xie et al. // IEEE Electron Device Letters. 2019. Vol. 40. No. 7. P. 1036-1039. https://doi.org/10.1109/ LED.2019.2916253
8. Gallium nitride-based complementary logic integrated circuits / Zh. Zheng, L. Zhang, W. Song et al. // Nat. Electron. 2021. Vol. 4. P. 595-603. https://doi.org/10.1038/s41928-021-00611-y
9. Demonstration of GaN integrated half-bridge with on-chip drivers on 200-mm engineered substrates / X. Li, K. Geens, W. Guo et al. // IEEE Electron Device Letters. 2019. Vol. 40. No. 9. P. 1499-1502. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2929417
10. High ION and Ion/Ioff ratio enhancement-mode buried p-channel GaN MOSFETs on p-GaN gate power HEMT platform / Zh. Zheng, W. Song, L. Zhang et al. // IEEE Electron Device Letters. 2020. Vol. 41. No. 1. P. 26-29. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2954035
11. The influence of 1 nm AlN interlayer on properties of the Al0.3Ga0.7N/AlN/GaN HEMT structure / L. Guo, Xiaol. Wang, C. Wang et al. // Microelectron. J. 2008. Vol. 39. Iss. 5. P. 777-781. https://doi.org/ 10.1016/j.mejo.2007.12.005
12. Sentaurus device user guide: version K-2015.06. Mountain View, CA: Synopsys Inc., 2015. XLVIII, 1446 p.
13. Greko G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to gallium nitride materials // Appl. Surf. Sci. 2016. Vol. 383. P. 324-345. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.016
14. Егоркин В. И., Земляков В. Е., Капаев В. В., Кухтяева О. Б. Моделирование нормально закрытого HEMT транзистора на основе GaN/AlGaN с p-затвором // Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 6. С. 474-480. https://doi.org/10.31857/S0544126920060046. - EDN: SYAAWV.
15. High hole mobility p-type GaN with low residual hydrogen concentration prepared by pulsed sputtering / Y. Arakawa, K. Ueno, A. Kobayashi et al. // APL Mater. 2016. Vol. 4. Iss. 8. Art. No. 086103. https://doi.org/ 10.1063/1.4960485
16. P-type gallium nitride by reactive ion-beam molecular beam epitaxy with ion implantation, diffusion, or coevaporation of Mg / M. Rubin, N. Newman, J. S. Chan et al. // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64. Iss. 1. P. 64-66. https://doi.org/10.1063/1.110870
17. Yan Y. The investigation of aluminum oxide (Al2O3) as gate dielectric in ultra thin body and buried oxide (UTBB) fully depleted (FD) Silicon-on-Insulator (SOI) transistor: MSc (Electr. Eng.) diss. // Digital Master theses [Электронный ресурс]. 2019. URL: http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:22526 (дата обращения: 24.07.2024).
Статья поступила в редакцию 11.01.2024 г.; одобрена после рецензирования 17.01.2024 г.;
принята к публикации 16.08.2024 г.
Информация об авторах
Егоркин Владимир Ильич - кандидат технических наук, начальник Научно-исследовательской лаборатории «Элементная база наноэлектроники» Института интегральной электроники имени академика К. А. Валиева Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), [email protected]
Чуканова Ольга Борисовна - инженер Научно-исследовательской лаборатории «Элементная база наноэлектроники» Института интегральной электроники имени академика К. А. Валиева Национального исследовательского университета «МИЭТ» (Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 1), kukhtuaeva@mail. ru
References
1. Chen K. J., Haberlen O., Lidow A., Tsai C.-L., Ueda T., Uemoto Y., Wu Y. GaN-on-Si power technology: Devices and applications. IEEE Transactions on Electron Devices, 2017, vol. 64, no. 3, pp. 779-795. https://doi.org/10.1109/TED.2017.2657579
2. Mishra U. K., Shen L., Kazior T. E., Wu Y.-F. GaN based RF power devices and amplifiers. Proceedings of the IEEE, 2008, vol. 96, no. 2, pp. 287-305. https://doi.org/10.1109/JPR0C.2007.911060
3. Landford W. B., Tanaka T., Otoki Y., Adesida I. Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage. Electron. Lett., 2005, vol. 41, iss. 7, pp. 449-450. https://doi.org/10.1049/el:20050161
4. Cai Y., Zhou Y., Lau K. M., Chen K. J. Control of threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs by fluoride-based plasma treatment: From depletion mode to enhancement mode. IEEE Transactions on Electron Devices, 2006, vol. 53, iss. 9, pp. 2207-2215. https://doi.org/10.1109/TED.2006.881054
5. Roccaforte F., Greco G., Fiorenza P., Iucolano F. An overview of normally-off GaN-based high electron mobility transistors. Materials, 2019, vol. 12, iss. 10, art. no. 1599. https://doi.org/10.3390/ma12101599
6. Hao R., Fu K., Yu G., Li W., Yuan J., Song L., Zhang Zh., Sun Sh. et al. Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors using hydrogen plasma treatment. Appl. Phys. Lett., 2016, vol. 109, iss. 15, art. no. 152106. https://doi.org/10.1063/L4964518
7. Chowdhury N., Lemettinen J., Xie Q., Zhang Yu., Rajput N. S., Xiang P., Cheng K., Suihkonen S. et al. P-channel GaN transistor based on p-GaN/AlGaN/GaN on Si. IEEE Electron Device Letters, 2019, vol. 40, no. 7, pp. 1036-1039. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2916253
8. Zheng Zh., Zhang L., Song W., Feng S., Xu H., Sun J., Yang S., Chen T. et al. Gallium nitride-based complementary logic integrated circuits. Nat. Electron., 2021, vol. 4, pp. 595-603. https://doi.org/10.1038/ s41928-021-00611-y
9. Li X., Geens K., Guo W., You Sh., Zhao M., Fahle D., Odnoblyudov V., Groeseneken G., Decoutere S. Demonstration of GaN integrated half-bridge with on-chip drivers on 200-mm engineered substrates. IEEE Electron Device Letters, 2019, vol. 40, no. 9, pp. 1499-1502. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2929417
10. Zheng Zh., Song W., Zhang L., Yang S., Wei J., Chen K. J. High ION and ION/IoFF ratio enhancementmode buried p-channel GaN MOSFETs on p-GaN gate power HEMT platform. IEEE Electron Device Letters, 2020, vol. 41, no. 1, pp. 26-29. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2954035
11. Guo L., Wang Xiaol., Wang C., Xiao H., Ran J., Luo W., Wang X., Wang B. et al. The influence of 1 nm AlN interlayer on properties of the Al0.3Ga0.7N/AlN/GaN HEMT structure. Microelectron. J., 2008, vol. 39, iss. 5, pp. 777-781. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2007.12.005
12. Sentaurus device user guide, version K-2015.06. Mountain View, CA, Synopsys Inc., 2015. xlviii, 1446 p.
13. Greko G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to gallium nitride materials. Appl. Surf. Sci., 2016, vol. 383, pp. 324-345. https://doi.org/10.1016Zj.apsusc.2016.04.016
14. Egorkin V. I., Zemlyakov V. E., Kapaev V. V., Kukhtyaeva O. B. Simulation of a normally-off HEMT transistor based on GaN/AlGaN with a p-gate. Russ. Microelectron., 2020, vol. 49, pp. 445-451. https://doi.org/ 10.1134/S1063739720060049
15. Arakawa Y., Ueno K., Kobayashi A., Ohta J., Fujioka H. High hole mobility p-type GaN with low residual hydrogen concentration prepared by pulsed sputtering. APL Mater., 2016, vol. 4, iss. 8, art. no. 086103. https://doi.org/10.1063/L4960485
16. Rubin M., Newman N., Chan J. S., Fu T. C., Ross J. T. P-type gallium nitride by reactive ion-beam molecular beam epitaxy with ion implantation, diffusion, or coevaporation of Mg. Appl. Phys. Lett., 1994, vol. 64, iss. 1, pp. 64-66. https://doi.org/10.1063/1.110870
17. Yan Y. The investigation of aluminum oxide (Al2O3) as gate dielectric in ultra thin body and buried oxide (UTBB) fully depleted (FD) Silicon-on-Insulator (SOI) transistor, MSc (Electr. Eng.) diss. Digital Master theses. 2019. Available at: http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:22526 (accessed: 24.07.2024).
The article was submitted 11.01.2024; approved after reviewing 17.01.2024;
accepted for publication 16.08.2024.
Information about the authors
Vladimir I. Egorkin - Cand. Sci. (Eng.), Head of the Scientific Research Laboratory "Element Base of Nanoelectronics", Institute of Integrated Electronics, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), [email protected]
Olga B. Chukanova - Engineer of the Scientific Research Laboratory "Element Base of Nanoelectronics", Institute of Integrated Electronics, National Research University of Electronic Technology (Russia, 124498, Moscow, Zelenograd, Shokin sq., 1), kukhtuaeva@mail .ru
