803V 항복 전압(BV)과 기존 소자 대비 23% 증가에 그친 동적 온저항(R_ON,D) 달성 AlGaN/GaN 고전자이동도 트랜지스터(HEMT) 소개. 핵심 혁신은 게이트-드레인 사이 두꺼운 Si₃N₄ 패시베이션층 내 불소 이온 주입. 얇은 AlGaN 배리어 내 불소 주입과 달리 이 구성은 이온 피크와 공공 분포를 2차원 전자 가스(2DEG) 먼 위치에 두어 DC 및 펄스 동적 열화 동시 억제. 또한 주입 불소 공핍 영역 확장, 게이트-드레인 채널 평균 전기장(E-필드) 상승으로 BV 향상 견인.
GaN 기반 AlGaN/GaN HEMT 높은 임계 항복 전기장, 예외적 전자 이동도로 고전력, 고주파, 저손실 응용 선두 기술[9-14]. 그러나 보고된 최대 항복 전압 여전히 이론 한계 훨씬 하회, 소자 크기 확대 없이 BV 추가 향상 필수[15,16]. 필드 플레이트, 불소 이온 주입, 리세스드 게이트 에지 터미네이션 등 여러 터미네이션 전략 BV 향상 탐구[17-24].
얇은 AlGaN 배리어 내 불소 주입(FBL) 단순 공정, 최소 기생 정전용량 장점이나 불소 피크, 공공 분포 2DEG 근접으로 정적, 동적 소자 성능 열화 우려[22,27,28].
본 연구 두꺼운 Si₃N₄ 패시베이션층 내 불소 주입(FPL) 실험적 입증: 2DEG 무결성 보존하며 표면 E-필드 분포 동시 최적화. 결과 HEMT 우수한 정적, 동적 특성 나타냄.
그림 1 FPL, FBL, 기존(Conv.) HEMT 3차원 레이아웃 예시. 모든 소자 동일 게이트 치수: 게이트 길이 L_G=2.5µm, 게이트-소스 간격 L_GS=1.5µm, 게이트-드레인 간격 L_GD=10µm. 에피택셜 스택 6인치 (111) Si 기판 MOCVD 성장: 2nm GaN 캡, 23nm Al₀.₂₅Ga₀.₇₅N 배리어, 1nm AlN 중간층, 150nm GaN 채널, 3.5µm GaN 버퍼. 홀 측정 2DEG 밀도 9.5×10¹²cm⁻², 이동도 1500cm²/V·s.
소자 제조: 고출력 Cl₂/BCl₃ ICP 식각 메사 분리. 40nm LPCVD Si₃N₄ 780°C/300mTorr(NH₃=280sccm, SiH₂Cl₂=70sccm) 증착, 3.7nm/min. 타원계 굴절률 1.978, N/Si 비 1.31; HR-TEM 비정질 결정성 확인(그림 1a 인셋).
소스/드레인 윈도우 SF₆ 건식 식각 오픈, Ti/Al/Ni/Au(20/150/45/55nm) 증착, N₂ 890°C 30초 급속 어닐링. 컨택 저항 1Ω·mm, 시트 저항 400Ω/□.
게이트 전극 Ni/Au(50/150nm) 리프트오프 정의. 3µm 불소 주입 윈도우 AZ5214 레지스트 패터닝, 10keV, 1×10¹²cm⁻² 선량 SEN NV-GSD-HE 임플란터 주입. 최종 400°C 15분 N₂ 어닐링 공정 완료.
3차원 도식 a FPL HEMT(인셋: LPCVD Si₃N₄ HR-TEM), b FBL HEMT, c Conv. HEMT
그림 2 FPL(a), FBL(b) 소자 불소 2차 이온 질량 분석(SIMS) 프로파일, TRIM 시뮬레이션 공공 분포. 두 경우 불소 피크 농도, 깊이 유사하나 FBL 소자 공공 분포 2DEG 채널 침투, FPL 소자 Si₃N₄ 층 내 한정, 채널서 원거리. 2DEG 근처 공공 캐리어 트랩 가능, FPL 접근법 정적, 동적 열화 획기적 감소.
측정 불소 이온 농도 SIMS 프로파일, TRIM 시뮬레이션 공공 농도 컷라인 따라. a A-A′. b B-B′
그림 3 전달, 출력 I-V 곡선. Conv. HEMT 대비 FPL, FBL 소자 2DEG 공핍, 이동도 감소로 정적 온저항 소폭 증가(주입 후 이동도: FPL 228cm²/V·s, FBL 203cm²/V·s). 저드레인 바이어스(V_DS<3V)서 FPL, FBL 온저항 거의 동일. 그러나 V_DS>3V서 FBL 소자 공공 프로파일 2DEG 채널 도달해 포화 드레인 전류 붕괴 겪는 반면 FPL 소자 안정적 드레인 전류 유지.
측정 a I-V 전달 특성, b 세 HEMT DC 출력 특성
그림 4 오프상태 I-V 특성, 시뮬레이션 표면 E-필드 분포. 측정 BV: FPL 803V, FBL 746V, Conv. 680V. 게이트-드레인 사이 불소 주입 게이트 에지 E-필드 피크 낮추고 주입 영역 에지 새 피크 도입, 더 균일 필드, 높은 BV 산출. FBL 소자 강한 필드 변조 이점이나 추가 배리어 손상으로 FPL 대비 약간 낮은 BV.
a 게이트 전압 -4V, 기판 플로팅 오프상태 I-V 특성. b V_DS=150V 시뮬레이션 표면 E-필드 분포
펄스 I-V 측정으로 느린 스위칭(3ms 펄스 폭, 5ms 주기) 동적 온저항(R_ON,D) 평가. 그림 5 영 바이어스, 100V 드레인 스트레스 하 펄스 출력 비교. Conv. HEMT R_ON,D 12.3% 상승, FBL 소자 거의 2배 증가(98%), 반면 FPL 소자 23% 증가만 보임, 패시베이션층 한정 공공 분포 전하 트래핑 효과적 억제 입증.
a 펄스 I-V 측정 스트레스 전압 인가 도식. 펄스 I-V 특성 FPL HEMT(b), FBL HEMT(c), Conv. HEMT(d) (V_GS=-4V~0V; 0.5V 단계)
정지 드레인 바이어스 대비 R_ON,D/R_ON 비율. 펄스 폭 3ms, 주기 5ms
100V 드레인 스트레스 펄스 후 정적 값 1.23배 동적 온저항 유지하며 803V 항복 전압 달성 고성능 AlGaN/GaN HEMT 입증. 두꺼운 Si₃N₄ 패시베이션층 내 불소 주입 2DEG 무결성 보존, 전하 트래핑 억제, 표면 전기장 최적화로 기존 680V→803V 상당한 BV 증가 가능.
본 연구 생성, 분석 모든 데이터 출판 논문 포함.
나노물질
요약최근 보고된 고효율 페로브스카이트 태양전지(PSC)는 주로 메조다공성 이산화티타늄(TiO₂)을 포함하는 메조다공성 구조를 기반으로 하며, 이는 전체 히스테리시스를 감소시키는 주요 요인입니다. 그러나 기존 메조다공성 TiO₂ 제조법은 일반적으로 고온 어닐링 공정이 필요하며, 전자 전도도 향상과 캐리어 재결합 억제 측면에서 개선의 여지가 남아 있습니다. 본 연구에서는 Nb:TiO₂ 콤팩트-메조다공성 층을 제조하기 위한 용이하고 원스텝인 원위치(in situ) 저온 공정을 개발했습니다. 이 층은 PSC에서 스캐폴드와 전자 수송 층(E
초록 본 연구에서는 AlGaN 이중 채널 헤테로구조를 제안하고 금속유기화학증착법(MOCVD)으로 성장시켰으며, 고성능 AlGaN 이중 채널 고전자이동도 트랜지스터(HEMT)를 제작 및 조사했습니다. 이중 채널 특성 구현은 AlGaN 채널 헤테로구조의 수송 특성을 효과적으로 개선합니다. 한편으로는 수직 방향의 이중 포텐셜 웰과 향상된 캐리어 구속으로 총 2차원 전자 가스(2DEG) 밀도가 증가합니다. 다른 한편으로는 각 채널의 평균 2DEG 밀도가 감소하고 캐리어-캐리어 산란 효과 억제로 이동도가 향상됩니다. 그 결과, AlGaN 이
