표면 트랩의 존재는 AlGaN/GaN HEMT에서 중요한 현상입니다. 이러한 표면 트랩의 전기적 및 물리적 특성은 HEMT의 장벽층에서 알루미늄 비율의 변화와 함께 2DEG 전자 농도의 연구를 통해 분석되었습니다. 이 분석은 깊은 도너에서 얕은 도너까지 2DEG에서 전자 밀도의 백분율 변화가 알루미늄 농도의 변화와 함께 포화(거의 8%)된다는 것을 보여줍니다. 페르미 준위보다 훨씬 낮은 양자 포텐셜의 깊이도 분석되었으며 표면 기증자가 에너지가 얕은 곳에서 깊은 곳으로 변할 때 알루미늄 백분율로 포화(거의 2%)되는 것으로 나타났습니다. 이 집합적 효과 뒤에 있는 물리학도 밴드 다이어그램을 통해 분석됩니다. 표면 전위에 대한 표면 도너 트랩의 영향도 자세히 논의되었습니다. 이러한 표면 상태는 도너 상태로 모델링됩니다. 깊은 기증자(E C − E D =1.4 eV)에서 얕은 공여자까지(E) C − E D =0.2 eV) 10 11 의 공여자 농도에 대해 표면 트랩을 철저히 연구합니다. ~ 10 16 cm −2 . 이 연구는 5%에서 50%까지의 알루미늄 농도 변화를 포함합니다. 이 논문은 처음으로 표면 도너에 대한 포괄적인 TCAD 연구와 채널의 전자 농도 및 AlGaN-GaN 인터페이스의 2DEG 형성 분석을 제시합니다.
<섹션 데이터-제목=" 소개">고주파 및 고전력 응용은 지난 30년 동안 연구되어 온 GaN 재료의 두 가지 주요 특성입니다[1, 2]. AlGaN/GaN 구조의 주요 장점 중 하나는 장벽층에 의도적인 도핑이 없더라도 AlGaN-GaN 계면의 삼각 전위 우물에 2DEG가 형성된다는 것입니다[3, 4]. AlGaN/GaN 구조의 AlGaN 층에는 자발적 분극과 압전 분극이 존재한다는 것이 잘 입증되었다[3]. 이 분극은 AlGaN 장벽 층의 맨 아래와 맨 위에 두 개의 반대 전하 시트를 생성합니다. 이러한 편광 시트 전하만으로는 AlGaN-GaN 계면에서 삼각 전위 우물을 형성하기에 충분하지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 Ibbetson et al. [5]는 AlGaN 층의 표면에 존재해야 하는 양전하 시트가 있어야 한다고 제안했습니다. 이러한 양전하는 표면 공여 상태의 이온화로 인해 나타납니다(1.35 × 10 13 전도대에서 1.42eV). cm −2 ) 표면에서 [6].
Vetury et al. [7]은 전위 프로브를 플로팅 게이트로 사용하여 이러한 표면 상태의 영향을 조사했습니다. AlGaN/GaN HEMT의 DC 및 RF 성능에 대한 표면 상태의 영향이 연구되었습니다[8, 9]. 나노미터 규모의 쇼트키 게이트 동작은 표면 도너 상태로 인한 게이트가 없는 영역의 가상 게이트 형성에 대해 설명합니다[10]. 고정된 표면 공여 상태는 HEMT에서 자체 발열 효과를 분석하는 데 사용됩니다[11]. Longobardi et al. [12]는 AlGaN/GaN MISFET의 DC 특성에 대한 표면 도너 상태의 영향을 연구하기 위해 첫 번째 TCAD 시뮬레이션을 수행했습니다. TCAD 시뮬레이션에서 이러한 표면 공여 상태를 활성화하기 위해 Bakeroot와 다른 사람들은 다른 모델을 도입했습니다[13, 14]. 드레인/소스 저항은 또한 AlGaN 표면의 게이트되지 않은 영역에 가상 게이트가 형성되기 때문에 게이트 바이어스에 따라 달라집니다. Pradeep 외. [15]는 AlGaN/GaN HEMT의 선형 영역 DC 특성을 기반으로 하는 이동도 및 저항 추출 절차를 개발했습니다. 메네게소 외. [16]은 표면 상태를 2DEG에서 전자를 보상하기 위해 AlGaN 표면의 고밀도 정공층을 포착하는 트랩으로 논의했습니다. AlGaN 층의 상단에서 사용할 수 있는 표면 도너 트랩은 이러한 트랩이 음의 게이트 바이어스를 가진 전자에 의해 점유될 때 소자의 전기적 동작을 변경합니다[17]. 표면 도너 트랩과 2DEG 전자 사이의 관계는 시간 종속적 전송 현상을 채택하여 TCAD 시뮬레이션을 통해 논의되었습니다[18]. 다양한 특성화 기술이 탐구되었지만 Tapajna et al. [19]는 경계면 수용체 트랩을 조사하기 위해 임계값 과도 방법을 사용했지만 표면 도너 트랩 특성화는 아직 탐구되지 않았습니다. 기증자로서 표면 트랩에 대한 광범위한 계산 모델링 접근 방식도 논의되었습니다[20]. Gucmann et al. [21]은 표면 공여체의 밀도가 분극 전하 농도보다 크면 전자가 AlGaN-GaN 계면으로 이동하여 채널로 2DEG를 발생시킨다고 논의했습니다.
위에서 논의된 문헌은 AlGaN/GaN 이종 구조의 많은 관련 측면을 보고했지만 표면 공여체(농도 + 에너지)와 2차원 전자 농도에서 알루미늄 농도의 기여의 결합된 효과를 설명하지 않습니다. 알루미늄 비율이 AlGaN 장벽 층의 분극 전하에 주로 책임이 있음이 분명합니다[3].
그러한 효과에 대한 적절한 물리적 이해를 제공하기 위해 우리는 현재 연구에서 (i) AlGaN 장벽 층의 알루미늄 백분율 변화와 함께 표면 도너 트랩이 깊은 곳에서 얕은 곳으로 변화하는 2차원 전자 농도에 미치는 영향, (ii) 표면 포텐셜에 대한 표면 트랩 및 알루미늄 백분율의 영향 및 (iii) AlGaN-GaN 인터페이스에서 삼각형 포텐셜 우물에 대한 표면 도너 트랩 및 알루미늄 백분율의 영향
2D 장치 시뮬레이션은 Synopsys의 Sentaurus TCAD 버전 L-2016.12[22]를 사용하여 수행되었습니다. 그림 1b와 같이 AlGaN/GaN HEMT 이종구조[15]의 실험 결과를 재현하여 TCAD 시뮬레이션 설정을 보정했습니다.
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아 Al 몰 분율이 28%인 2D 시뮬레이션 구조의 개략도. ㄴ 보고된 실험 결과를 재현하여 시뮬레이션 설정 보정 [15]
보정된 기기에는 2μm GaN 버퍼 레이어 상단에 30nm AlGaN 배리어 레이어가 있습니다. 쇼트키 게이트 길이(L G ) 1μm의 AlGaN 장벽 층 상단에 대칭으로 배치됩니다. 게이트에서 드레인/소스로의 게이트가 없는 영역(L GD /엘 GS )의 치수는 각각 2.5μm이고 기기의 너비는 150μm입니다.
시뮬레이션 플랫폼은 반도체 동작을 감독하는 세 가지 조건(전자 및 정공 연속성 조건과 함께 포아송 조건)을 다룹니다.
자체 일관된 드리프트 및 확산(DD) 전송 모델도 포함됩니다. Lombardi 이동성 및 Philip 통합 이동성 모델은 전기장 및 도핑으로 인한 이동성 저하를 촉진하기 위해 호출되었습니다. 또한 Fermi-Dirac 통계량과 함께 Auger 및 SRH(Shockley-Read-Hall) 재조합 모델을 사용했습니다. Slotboom 모델은 많이 도핑된 드레인 및 소스 확장 영역의 밴드갭 축소에 직면하도록 활성화됩니다. 이 구조는 두 개의 층이 있고 AlGaN 장벽 층의 알루미늄 비율을 변경하고 있으므로 [3]의 방정식에 따라 분극 전하가 도입됩니다.
$$\왼쪽| {\시그마(x)} \right| =\왼쪽| {2\frac{a(0) - a(x)}{{a(x)}}\left\{ {e_{31} (x) - e_{33} \frac{{C_{13} (x )}}{{C_{33} (x)}}} \right\} + P_{{{\text{SP}}}} (x) - P_{{{\text{SP}}}} (0 )} \오른쪽|$$ (1)여기서 P SP 자발 분극, e 33 그리고 e 31 압전 계수, C 33 및 C 31 는 탄성 상수, 는 격자 상수 및 x 는 알루미늄의 몰 백분율입니다.
분극 전하의 변화 ± σ AlGaN (x ) 알루미늄 비율로 그림 2a [3]에 나와 있습니다. 분극 전하가 계산되면 푸아송 방정식을 풀 수 있습니다. AlGaN-GaN 경계면에서 전도대가 급격히 변화하고 전자가 축적되는 좁은(1-4nm) 삼각 전위 양자 우물을 형성합니다. 이 양자 포텐셜이 매우 좁기 때문에, 상태의 감소된 밀도가 우세해집니다. 슈뢰딩거 양자 방정식은 양자 전위를 잘 설명하지만 더 큰 HEMT 장치에서는 풀기 어렵습니다. 양자 포텐셜 우물 거동을 포착하기 위해 우리는 밀도 구배 양자 보정 모델[23]을 활성화하고 더 큰 HEMT 장치(파워 HEMT 장치)에 대한 슈뢰딩거 양자 방정식과 밀접하게 일치하는 결과를 제공하는 Sentaurus TCAD에서 eQuantumpotential 모델을 호출했습니다. 밀도-구배 양자 모델은 2DEG에서 전자 밀도의 피크 값을 감소시키고 피크 값도 AlGaN-GaN 인터페이스에서 멀어지게 이동합니다. 따라서 이것은 인터페이스 산란 메커니즘을 줄이고 채널의 이동성을 향상시킵니다(그림 2b 참조[20] 참조). 밀도 기울기 양자 모델은 다음과 같은 정규 밀도 공식에 추가 항 Λ를 도입합니다.
$$n =N_{{\text{C}}} F_{1/2} \left( {(E_{{\text{F}}} - E_{{\text{C}}} - \Lambda ) /kT} \right)$$ (2)여기서 N C 상태의 유효 밀도, F 1/ 2는 차수 1의 페르미 적분/입니다. 2, 이 F 전자에 대한 준 페르미 에너지, E C 전도대 가장자리 및 kT 전자의 열에너지를 나타낸다. Λ는 다음과 같이 계산됩니다.
$$\Lambda =- \left( {\left( {{{\gamma \hbar^{2} } \mathord{\left/ {\vphantom {{\gamma \hbar^{2} } {6m_{n} }}} \right.\kern-\nulldelimiterspace} {6m_{n} }}} \right) \cdot \left( {\nabla^{2} \sqrt n } \right)/\sqrt n } \right) $$ (3)여기서 ħ =h /2π , h 플랭크 상수, m n 전자의 유효 질량, γ (γ =1.28)은 피팅 매개변수이고 n 전자 밀도입니다.
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아 AlGaN 장벽층의 알루미늄 농도에 따른 편광 시트 전하의 변화[3]. ㄴ 2DEG 전자 밀도에 대한 양자 포로 효과
표면 트랩은 도너 상태(+ σ D ) AlGaN 장벽층 표면에 그림 1a를 생성하고 300K의 온도에서 시뮬레이션을 수행했습니다. 초기 알루미늄 농도 28%로 보정을 수행했습니다.
장치는 2DEG 전자 밀도를 조사하기 위해 바이어스가 적용되지 않은 조건에서 시뮬레이션되었습니다. 우리가 2DEG 전자 밀도에 집중하는 동안, 도너 상태의 모든 에너지에 대해 도너 트랩 농도의 특정 값(상대적으로 더 낮은 값)까지 전자 밀도(즉, Region1)에 큰 변화가 없습니다. 2DEG 전자 밀도는 표면 도너 농도에 따라 비례적으로 변합니다(Region1에서 Region2 사이). 표면 도너 트랩의 특정 임계값 후에 다시 전자 밀도(즉, 영역 2)에 변화가 나타나지 않습니다(그림 3a-d 참조). 이 메커니즘은 다음과 같이 설명할 수 있습니다.
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아 –d 다양한 알루미늄 백분율에 대한 2DEG w.r.t 표면 공여체 농도 및 에너지(얕은 0.2eV에서 깊은 1.4eV까지)의 전자 시트 밀도 변화. 이 장치의 다른 전하 분포 및 전기장 방향
(i) 영역 1에 대한 AlGaN 장벽층의 전도대는 표면의 페르미 준위로부터 더 큰 간격을 갖는다. 도너 트랩 농도가 낮은 값에서 높은 값으로 증가하기 시작함에 따라 전환 기간(Region1에서 Region2 사이)에 전도대가 비례적으로 페르미 준위로 이동하기 시작합니다. 따라서 2DEG 농도는 낮은 값에서 높은 값으로 증가하기 시작합니다. 과도기(영역1에서 영역2 사이)에서 전도대는 비례적으로 페르미 준위로 이동하기 시작하므로 도너 표면 에너지도 페르미 준위로 이동합니다. 영역 2의 경우 도너 농도가 임계값을 초과하면 도너 트랩의 에너지가 페르미 준위를 고정하는 방식으로 전도대의 굽힘이 시작됩니다. 페르미 레벨 피닝으로 인해 모든 도너 상태는 이온화되고 전자를 2DEG 삼각형 양자 포텐셜 우물에 제공합니다. 도너 상태의 에너지가 페르미 준위로 고정되면 전자 밀도에 큰 변화가 반영되지 않습니다. (ii) 장치에서 전하 중성을 찾기 위해 표면 도너 상태는 2DEG의 전자에 대응하는 데 필수적입니다. 표면 도너 상태가 증가함에 따라 전기장은 표면에서 2DEG 양자 우물로 증가하기 시작합니다. 이 전기장은 편광 시트 전하(± σ AlGaN ). 외부 전기장이 내부 전기장을 초과하기 시작할 때( ± σ로 인해 AlGaN ), 표면에서 전도대를 낮추고 따라서 2DEG 포텐셜 우물에 더 많은 전자를 기여합니다(그림 3e 참조). 알루미늄 비율이 5%에서 50%로 증가하면 편광 시트 전하 밀도도 비례적으로 증가하여 높은 내부 전기장(분극으로 인해)으로 이어집니다. 이 내부 전기장을 극복하려면 더 높은 농도의 표면 도너 트랩이 필요합니다. 따라서 전환 영역이 이동합니다(10 11 cm −2 ) 2DEG 전자 밀도가 도너 트랩 농도에 비례하여 변하는 더 높은 값의 도너 트랩 농도에 대해 그림 3a-d. 표면 도너에 대한 각 알루미늄 백분율에 대한 2DEG 농도(농도 + 에너지)는 그림 4에 표시되어 있습니다. 2DEG 전자 농도 패턴에도 불구하고 도너 트랩이 얕은(0.2 eV)에서 갈 때 알루미늄의 모든 백분율에 대해 동일합니다. 깊은(1.4 eV)(그림 5)에서 깊은 곳에서 얕은 곳으로의 2DEG 전자 밀도 변화는 여전히 상당히 중요합니다. 5% 알루미늄 농도의 경우 도너 트랩은 깊은 곳(1.4eV)에서 얕은 곳(0.2eV)으로 이동하므로 포텐셜 우물에 크게 기여하지 않습니다. 분극 전하 농도로 (± σ )는 10 11 입니다. cm −2 5% 알루미늄의 경우 그림 2a 참조, 이러한 분극 전하로 인한 전기장은 전도대 오프셋을 페르미 준위 아래로 가져오기에 충분하지 않으므로 AlGaN-GaN 인터페이스 구조의 GaN 측에 2DEG 삼각 전위 우물이 형성되지 않습니다. 또한 표면 도너 트랩의 농도가 더 높은 경우에도 그림 5와 같이 전자 밀도의 포화가 발생하지 않음이 분명합니다. 4a 및 6. 이는 그림 4b에 표시된 대로 10% 알루미늄 비율에서도 마찬가지입니다. 20% 이상에서 분극 전하(± σ) 농도는 10 12 보다 큽니다. cm −2 . 따라서 내부 전기장은 페르미 준위 아래로 전도대 오프셋을 끌어당기기에 충분히 크므로 2DEG 삼각형 양자 전위를 잘 형성합니다(그림 6b, c 참조). 따라서 20% 이상의 알루미늄 비율에서 2DEG 전자 밀도는 ~ 10 13 에 접근합니다. cm −2 그림 4c와 같이 얕은 기증자 트랩의 경우. 20%, 30% 이상의 알루미늄 농도의 경우 삼각형 우물의 전자 기여도는 1 × 10 13 의 밀도를 갖습니다. ~ 3 × 10 13 cm −2 . 그림 5a,b는 도너 트랩 에너지가 1.4e에서 0.2eV로 변할 때 삼각형 우물에서 전자 밀도의 백분율 변화를 보여줍니다. 알루미늄 비율이 5%에서 50%로 증가함에 따라 2DEG 농도의 변화는 10.89배에서 1.08배로 크게 감소하고 30% 이상으로 포화됩니다.
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전도대와 관련하여 깊은 곳에서 얕은 곳까지 도너 표면 트랩에 대한 개별 알루미늄 비율의 변화
<그림> 아 표면 도너가 전도대에 대해 깊은 수준에서 얕아질 때 Al 농도에 대한 2DEG 전자 밀도의 로그 스케일 백분율 변화. ㄴ 선형 스케일
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아 , ㄷ 5% 알루미늄 및 b에 대한 AlGaN-GaN 인터페이스 양쪽의 전도대 변화 , d 30% 알루미늄. 깊은 수준의 표면 트랩은 전위 우물과 표면에 전자 및 양전하를 제공하지 않아 전도대 기울기를 더 높게 만듭니다. 깊은 도너 표면 상태(1.4eV)의 경우에도 30% 알루미늄에 대해 2DEG 전위 우물이 형성됩니다. 5% 알루미늄에는 해당되지 않습니다.
일부 문헌에서는 알루미늄 비율의 변화로 인한 표면 전위 변화에 대해 논의했습니다[29]. 그러나 그들은 표면 전위에 대한 표면 도너 트랩의 효과를 통합하지 않았습니다. 여기에서 에너지 및 농도 차원 모두에서 표면 도너 트랩으로 인한 표면 전위의 변화를 보고합니다(그림 7a 참조). 이 연구에서 우리는 표면 공여체 농도를 1 × 10 12 에서 변경했습니다. ~ 1 × 10 16 0.2~1.4eV의 표면 공여체 에너지. 표면 전위는 그림 6b에서 계산되었습니다. 표면 전위는 3.7eV 근처에서 안정됩니다(표면 공여체 농도 1 × 10 12 의 경우). ) 및 3.6eV(표면 공여체 농도 1 × 10 13 의 경우) ). 이 표면 전위는 더 낮은 값으로 인해 표면 도너 트랩의 에너지에 의존하지 않습니다. 표면 전위는 표면 공여체가 얕음(0.2eV)에서 깊음(1.4eV)으로 갈수록 선형적으로 증가합니다. 표면 전위가 낮아지면 표면 전위가 표면 도너 트랩 에너지에 따라 선형으로 변하기 때문에 2DEG 전자 농도가 증가합니다. 알루미늄 비율은 또한 표면 전위에 큰 영향을 미칩니다. 알루미늄 비율을 5%에서 50%로 늘리면 전자 농도가 7.79 × 10 11 에서 증가합니다. ~ 2.75 × 10 13 . 알루미늄 비율이 5%에서 50%로 변경되면 표면 전위도 0.49에서 0.576eV로 증가합니다(그림 7b 참조). 따라서 알루미늄 농도와 함께 표면 도너 트랩 농도 및 에너지는 표면 전위에 큰 영향을 미칩니다.
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아 표면 도너 트랩의 에너지에 대한 표면 전위 변화. 더 낮은 농도(1e14 미만)에서는 표면 전위에 큰 변화가 없습니다. 1e13 이상의 표면 도너 농도, 표면 도너의 에너지에 비례하여 변화하는 표면 전위. ㄴ 7.79 × 10 11 에서 변화하는 2DEG의 전자 농도 ~ 2.75 × 10 13 알루미늄 백분율이 5%에서 50%로 변경됩니다(파란색 선). 표면 전위는 알루미늄 비율의 5%에서 50%로 약 0.1eV 변경
이온화된 표면 트랩은 AlGaN 표면에서 포텐셜 우물과 양의 시트 전하에 전자를 제공합니다[6]. 5% 알루미늄 농도의 경우 트랩이 얕은 에너지 준위에서 깊어질수록 이온화된 표면 트랩의 양이 점점 작아집니다. 따라서 이온화된 표면 트랩은 삼각형 포텐셜 우물에 더 적은 전자와 표면의 양전하를 제공합니다. 2DEG에서 더 적은 양의 시트 전하와 전자 농도는 충분한 외부 전기장에 기여하지 않으므로 그림 6과 같이 AlGaN 층의 전도대의 기울기가 더 커집니다. 이는 10%의 알루미늄에서도 마찬가지입니다. AlGaN 장벽 층에서. 표면 도너 상태의 자유 전자는 2DEG 포텐셜 우물에 존재하며 AlGaN 표면에 나타나는 양의 시트 전하를 중화합니다. 이 전자 시트 전하는 [24]에 의해 계산됩니다.
$$n_{{\text{s}}} (x) =\frac{ + \sigma (x)}{e} - \left( {\frac{{\varepsilon_{o} \varepsilon (x)}} {{de^{2} }}} \right)\left[ {e\phi_{{\text{b}}} (x) + E_{{\text{F}}} - \Delta E_{{\ 텍스트{C}}} (x)} \right]$$ (4)여기서 d Alx의 두께입니다. Ga(1−x ) 아니 장벽 층, ϕ b 쇼트키 장벽, E F 는 페르미 준위이고 ΔE C 는 AlGaN-GaN 인터페이스의 전도대 오프셋입니다. Eq.에서 분명합니다. (4) 전자 시트 전하 밀도는 알루미늄 백분율의 함수인 전도대 오프셋 및 편광 전하에 정비례합니다. 알루미늄 비율을 10%에서 50%로 증가시키면 전도대 오프셋이 증가하고[25] 에너지 준위 수의 증가로 인해 2DEG의 전자 밀도가 증가합니다(그림 8 참조). 장치의 내부 전기장, 알루미늄 농도가 20% 이상일 때 그림 6b, d와 같이 깊은 수준(1.4eV) 표면 트랩 에너지와 더 낮은 표면 도너 트랩 농도에 대해서도 전도대 기울기가 삼각 포텐셜 우물을 구성할 만큼 충분히 높아야 합니다. .
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고정 도너 농도 및 에너지에서 다양한 알루미늄 농도에 대한 삼각형 양자 전위 우물의 전자 밀도
페르미 준위((E F − E) eV), 여기서 E 페르미 준위 아래의 에너지이다. 삼각형 양자 포텐셜 우물의 두 가지 중요한 매개변수는 페르미 준위보다 훨씬 낮은 전위의 깊이와 페르미 준위에서 포텐셜 우물의 너비입니다. 2차원 영역에 전자를 가두는 것을 2DEG 양자 시트라고 합니다. 상태 밀도 N (이 )은 2DEG 양자 포텐셜 우물의 중요한 특징 중 하나입니다. 2차원 양자 우물의 상태 밀도는 [26]으로 정의됩니다.
$$N(E) =\left( {{{m^{*} L_{{\text{X}}}^{2} E} \mathord{\left/ {\vphantom {{m^{*} L_{{\text{X}}}^{2} E} {\pi \hbar^{2} }}} \right.\kern-\nulldelimiterspace} {\pi \hbar^{2} }}} \ 오른쪽)$$ (5)여기서 m* 는 전자의 유효 질량이고 L X 는 우물의 너비입니다. 2차원 우물에서 이 상태 밀도는 계단 함수처럼 보입니다.
점유 상태의 수는 페르미 레벨에 따라 다릅니다. 예를 들어, 페르미 준위가 E보다 높은 경우 1 그러나 E 미만 2; 그런 다음 E만 1 서브밴드가 채워집니다. 페르미 준위가 E 이상인 경우 2 , 그러나 E보다 작음 3 , 두 개의 하위 서브밴드 E 2 및 E 1 그림 9b와 같이 전자로 채워져 있습니다. 이는 계면의 에너지가 페르미 준위와 함께 깊어지면 전자만 많이 예상된다는 것을 의미합니다. AlGaN/GaN 이종 구조에서 에너지 간격은 감소합니다((E 2 − E 1 )> (E 3 − E 2 )) 상위 서브밴드의 경우 [27]. 부대역 에너지가 증가함에 따라 이들 사이의 차이는 무시할 수 있고 연속적으로 보입니다. 파동 함수의 엄격하게 정확한 솔루션에는 푸아송 방정식과 슈뢰딩거 방정식이 동시에 포함됩니다. 그러나 밀도 기울기 모델은 슈뢰딩거 방정식과 거의 동일한 결과를 생성합니다. 양자 포텐셜 우물에서 에너지 준위는 이 우물이 AlGaN-GaN 인터페이스의 GaN 측에서 최대 수 nm 길이를 형성하기 때문에 정량화됩니다. 페르미 준위 아래의 더 깊은 노치는 확실히 더 많은 수량의 에너지 준위를 가질 것입니다. 페르미 준위 아래의 정량화된 에너지 준위가 점유됩니다. 따라서 페르미 준위 아래의 에너지가 깊을수록 전자 농도는 2DEG에서 더 높아집니다. 그림 9a에서 알 수 있듯이, 분극 전하가 증가하여 내부 전계가 노치를 더 깊게 만들기 때문에 알루미늄 백분율이 증가하면 페르미 준위 아래의 에너지 준위가 더 높아집니다. 표면 도너 에너지와 관련하여 이전 논의에서 표면 트랩이 더 깊어지면(1.4eV) 이러한 표면 도너의 이온화가 감소한다는 것이 분명합니다. 따라서 표면의 양전하로 인해 전기장이 생성되고 이러한 표면 공여체에 의해 2DEG에 제공되는 전자는 내부 전기장을 극복하기에 충분하지 않습니다. 따라서 전기장 측면에서 분극 전하의 영향이 감소하여 페르미 준위 아래의 에너지 준위가 낮아집니다. 5% 알루미늄 농도의 경우는 예외입니다. 그림 10a에서 E 값이 F − E 딥 도너 트랩(> 0.9 eV ~ 1.4 eV)에 대해 페르미 준위가 0 수준으로 가정되므로 음수이며, 이는 에너지 E 페르미 준위보다 높습니다(2DEG가 형성되지 않음). 더 얕은 표면 도너 트랩(<0.9eV ~ 0.2eV)의 경우 E 값 F − E 양수, 즉 E 값은 페르미 준위보다 낮다. 나머지 알루미늄 농도(10% ~ 50%)에 대해 E 값 F − E E의 값을 의미하는 양수 페르미 준위보다 낮고 모든 유형의 표면 도너 에너지(0.2eV에서 1.4eV까지)에 대해 2DEG 노치가 형성됩니다. 에너지 E의 백분율 변화는 그림 11a에서 알 수 있습니다. 알루미늄은 20% 알루미늄 농도 이상으로 포화되며, 이는 역시 그림 5와 일치합니다. 표면 도너 트랩이 깊은 곳에서 얕은 곳으로 에너지 변화를 트랩할 때 20% 알루미늄 농도 후에는 페르미 준위 아래의 노치 깊이가 크게 변하지 않습니다. 그림 11b는 또한 최대 10% 알루미늄 몰분율까지 상당한 전류가 없음을 보여줍니다. 10%를 초과하면 표면 도너 에너지가 E에서 변경될 때 전류에 상당한 변화가 있습니다. C − 0.2 ~ E C − 1.4eV이고 다시 20% 이상으로 포화됩니다. 이 결과는 Fig. 11a 및 5. 절대 전류 밀도의 등고선 플롯은 또한 20% Al 몰 분율 이상에서 포화되고 Al 몰 분율의 10%까지 현저한 전류 밀도가 없음을 보여줍니다. 그림 12. 이것은 또한 10% Al까지 2DEG의 비형성을 검증합니다 몰 분율. 몰 분율의 20% 이상에서 상당한 양의 전자 밀도가 관찰됨 그림 13a. 채널을 따른 전기장 분포는 그림 13b에 표시됩니다. 그림 13b는 Al 몰분율의 10%까지 게이트 아래에서 눈에 띄게 개선된 전기장이 없고 Al 몰분율의 20% 이상에서는 전기장에 큰 차이가 없어 더 높은 Al 백분율에서 전류를 제한한다는 것을 보여줍니다.
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아 Fang–Howard Airy와 함께 서브밴드 에너지를 잘 묘사한 삼각 잠재력 파동함수. ㄴ 낮은 에너지 서브밴드만(E 1 및 E 2 , 페르미 준위보다 낮음) 점유됨 [28]
<그림>
아 –f (이 F − E ) 모든 알루미늄 농도에 대한 표면 공여체 에너지의 변화
<그림>
아 에너지 E의 백분율 변화 표면 공여체 에너지가 깊은 곳에서 얕은 곳으로 변할 때 알루미늄 농도로. ㄴ 드레인 전류 및 V DS =0.1 V 및 V GS =0 V 다른 표면 도너 트랩 에너지. 장치에서 최대 10%의 상당한 전류가 관찰되지 않음
<그림> V에서 0.6eV 표면 도너 에너지에 대한 절대 총 전류 밀도의 등고선 플롯 DS =0.1 V 및 V GS =0 V
아 Electron density variation with aluminum percentage and b electric field variation below gate and either side of gate for different aluminum percentage
In this paper, we comprehensively present the effect of surface donor traps along with aluminum percentage on electron density and quantum potential well. This manuscript demonstrated that the percentage change happens in 2DEG and notch below the Fermi level gets saturated above 20% of aluminum concentration when surface donor trap energy goes deep to shallow. The electron density in the two-dimensional quantum potential well is saturated approximately at 8%, whereas the energy below the Fermi level saturates somewhere around 2%. These two results are also in tune with each other, except 5% aluminum, having a condition for not forming two-dimensional well for relatively deep (> 0.9 eV) surface donors. Aluminum percentage above 10% forms two-dimensional quantum potential well even for deeper surface donor traps. The effect of surface donor traps on the surface potential also has been discussed in this work. The results of this paper may provide the impetus to the experimental result validation.
All data are available on request.
Gallium nitride
High-electron-mobility transistor
Two-dimensional electron gas
Drift and diffusion transport model
Shockley–Read–Hall recombination model
나노물질
표면 마감은 표면의 전체 질감을 측정하는 것으로, 레이, 물결 모양 및 거칠기의 세 가지 핵심 요소로 구성됩니다. 레이는 표면의 지배적인 패턴을 말하며, 종종 제조 공정 자체에서 생성됩니다. 물결 모양은 표면 마감의 주기적인 변화를 측정하고 거칠기는 표면 프로파일의 상대적인 평활도를 계산합니다. 표면 마감은 미적 측면 이상에서 중요합니다. 최종 사용 환경에서 부품이 어떻게 반응하고 성능을 발휘할지 결정하는 경우가 많습니다. 거친 표면 마감은 마모되기 쉽거나 일부 응용 분야에서 파손 및 부식의 기회를 생성할 수 있습니다. 그러나 완
재료의 연성은 파손될 때까지 많은 양의 비탄성 변형을 겪는 능력을 말합니다. 일반적으로 모든 재료의 부드러운 속성으로 간주됩니다. 그러나 실제로 알루미늄과 같은 연성 재료는 모든 구조 적용에서 중요한 역할을 합니다. 초고층 건축물과 고층건물에 가장 많이 사용되는 재료 중 하나인 알루미늄은 연성이 좋습니다. 그러나 연성은 받은 열처리와 여기에 추가된 합금 재료에 따라 다릅니다. 아래에서는 먼저 구조 적용에서 연성의 중요성에 대해 자세히 설명한 다음 알루미늄 연성의 장점과 단점을 살펴봅니다. 구조 적용에서 연성의 중요성 변형성과 연
