Si zengin pasivasyon malzemesinin GaN tabanlı yüksek elektron mobiliteli transistörlerin elektriksel özelliklerine etkisi
Effect of si rich passivation material on electrical properties of GaN based high electron mobility transistors
Yazar: AHMET SERHAT DİNÇER
Danışman: PROF. DR. ŞEMSETTİN ALTINDAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada GaN tabanlı yüksek elektron mobiliteli transistörlerde, SiXNY ve Si-zengin SiXNY iki katmanlı pasivasyon malzemesinin, transistörlerin DC elektriksel özelliklerine etkisi incelenmiştir. AlGaN/GaN tabanlı HEMT'lerde kullanılan pasivasyon malzemesi transistörlerin elektriksel özelliklerini etkilemektedir. GaN tabanlı teknolojilerde elektriksel güvenilirlik problemleri görülmektedir. Bu problemi ortadan kaldırabilecek çözümlerden birisi pasivasyon işlemidir. Bu sebeple pasivasyon malzemesi önem taşımaktadır. İki farklı örnek üzerinden gerçekleştirilen çalışmada silisyum nitrür (SiXNY) kullanılmıştır. Pasivasyon malzemesi kaplama işlemleri plazma geliştirilmiş kimyasal buhar biriktirme yöntemi (PECVD) ile gerçekleştirilmiştir. İlk örnekte aygıtlar 70/3 (Silane-SiH4/Ammonia-NH3) oranında gaz akışı ile 75 nm SiXNY pasivasyon malzemesi, ikinci örnek ise aygıtlar 50/1 (SiH4/NH3) gaz akışı ile 15 nm ve sonrasında 70/3 (SiH4/NH3) gaz akışı ile 60 nm pasivasyon malzemesi ile kaplanmıştır. Aygıtların kapı metal prosesleri tamamlandıktan sonra DC elektriksel ölçümleri gerçekleştirilmiş ve sonuçlar karşılaştırılmıştır. Yapılan ölçümler sonucunda Si-zengin iki katmanlı pasivasyon malzemesi kullanılan aygıtlarda akaç (Id) ve kapı (Ig) kaçak akımlarında azalma olduğu, akım yoğunluğunun (Idss) ve geçiş iletkenliğinin (gm) arttığı görülmüşür. Elde edilen sonuçlar dikkate alınarak Si zengin ve çift katmanlı pasivasyon malzemesi kullanılarak elde edilen aygıtların elektriksel anlamda iyileştiği görülmüştür. Ayrıca iki katmanlı pasivasyon malzemesi kullanılan aygıtların üretim prosesleri tamamlanarak, aygıtların DC elektriksel ölçümleri gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
In this study, the effect of SiXNY and Si-rich SiXNY bilayer passivation material on DC electrical properties of transistors in GaN-based high electron mobility transistors were investigated. The passivation material used in AlGaN/GaN based HEMTs affects the electrical properties of transistors. Electrical reliability problems are seen in GaN-based technologies. One of the solutions that can eliminate this problem is the passivation process. For this reason, the passivation material is important. Silicon nitride (SiXNY) was used in this study carried out on two different samples. The passivation material coating processes were carried out by the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method. In the first sample, the devices were coated 75 nm SiXNY passivation material with a gas flow of 70/3 (Silane-SiH4/Ammonia-NH3), and in the second sample, the devices were coated with a gas flow of 50/1 (SiH4/NH3) at 15 nm and then 70/3 (SiH4/ NH3) were coated with 60 nm passivation material by gas flow. After the gate metal processes of the devices were completed, DC electrical measurements were carried out and the results were compared. As a result of the measurements, it was observed that there was a decrease in leakage currents (Id) and gate (Ig) in devices using Si-rich bilayer passivation materials, and the current density (Idss) and transition conductivity (gm) increased. Considering the results obtained, it was observed that the devices obtained by using Si-rich and bilayer passivation materials improved electrically. In addition, the fabrication processes using bilayer passivation material were completed and DC electrical measurements of the devices were carried out.