Fabrikasyon adımları için GaN tabanlı mikroşerit HEMT'lerin DC karakterizasyonu
DC characterization of GaN-based microstrip HEMT for fabrication steps
Yazar: ELİF ALAGÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ÇAĞLAR DUMAN
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Galyum nitrür = Gallium nitride ; Süreç kontrol = Process control ; Transistör = Transistor

Özet:
GaN tabanlı mikroşerit yüksek elektron hareketlilikli transistörler (HEMT'ler) yüksek güç yoğunluğu, yüksek verimlilik ve yüksek bozulma gerilimi gibi üstün özelliklere sahiptir. Bu özellikler sayesinde, GaN tabanlı HEMT'ler, radar ve uzay araştırma sistemlerinde ve savunma sanayi uygulamalarında daha fazla tercih edilmektedir. Bu tez çalışmasında, akaç-kaynak (D-S) arası mesafesi 3 µm ve 6 µm olan 2x125 µm boyutunda tükenme modu AlGaN/GaN HEMT'lerin fabrikasyon adımları için doğru akım (DC) ölçümleri gerçekleştirilmiş ve üretilen HEMT'lerin performansları karşılaştırılmıştır. Bu ölçümler sayesinde fabrikasyonların başarımı takip edilebilmiş ve D-S arası mesafenin HEMT performansı üzerine etkisi gözlemlenmiştir. HEMT'lerin DC karakterizasyonuyla, iletim direnci, bükülme gerilimi, maksimum akaç-kaynak akımı, eşik gerilimi, geçiş iletkenliği, bozulma gerilimi, kapı kaçak akımı ve akaç kaçak akımı elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, D-S arası mesafesi 6 µm olan 2x125 µm HEMT'in maksimum akaç-kaynak akımının daha düşük, iletim direncinin daha yüksek ve kaçak akım değerlerinin daha düşük olduğunu göstermiştir. Bu sonuçlar, D-S arası mesafesi 6 µm olan 2x125 µm olan HEMT'in, kapı baş uzunluğu ve alan levhası uzunluğunun, D-S arası mesafesi 3 µm olan HEMT'ten daha fazla olması ile açıklanabilir. Sonuç olarak, D-S arası mesafesi 6 µm olan 2x125 µm HEMT'lerin yüksek güç uygulamalarına ve D-S arası mesafesi 3 µm olan 2x125 µm HEMT'lerin ise yüksek frekans uygulamalarında tercih edilmesi gerektiği görülmektedir. Düşük kaçak akımlara ve iletim direncine ve yüksek maksimum akaç-kaynak akımı ve geçiş iletkenliğine sahip yüksek güç ve yüksek frekanslarda çalışabilen HEMT'lerin elde edilebilmesi için çalışmalara devam edilmelidir. Bunun için simülasyonlar ile uygun HEMT yapısının tayin edilmesi ve sonrasında fabrikasyonunun gerçekleştirilmesi gerekir.

Abstract:
GaN based microstrip high electron mobility transistors (HEMTs) have superior properties such as high-power density, high efficiency and high breakdown voltage. Thanks to these features, GaN-based HEMTs are more preferred in radar and space research systems and defense industry applications. In this thesis, direct current (DC) measurements were performed for the fabrication steps of 2x125 µm depletion mode AlGaN/GaN HEMTs with a drain-source (D-S) distance of 3 µm and 6 µm, and the performances of HEMTs were compared. Thanks to these measurements, the performance of the fabrications could be followed and the effect of the distance between D-S on HEMT performance was observed. From DC characterization of HEMTs, conduction resistance, knee voltage, maximum drain-source current, threshold voltage, transconductance and breakdown voltage have been obtained. The results showed that 2x125 µm HEMT with a distance between D-S of 6 µm has higher maximum drain-source current and conduction resistance and lower leakage currents. The obtained results can be explained by the fact that the 2x125 µm HEMT with a D-S distance of 6 µm has a greater gate head length and field plate length than the HEMT with a D-S distance of 3 µm. As a result, it is seen that 2x125 µm HEMT structures with a D-S distance of 6 µm should be preferred for high power applications, and 2x125 µm HEMT structures with a D-S distance of 3 µm should be preferred in high frequency applications. New studies should be continued to obtain HEMTs structures which can operate at high power and high frequencies owing to its low leakage currents, conduction resistance, high maximum leakage current and transconductance. Thus, it is necessary to determine the appropriate HEMT structure with simulations and to come true the fabrication.