HEMTs yapılarının sonlu elemanlar yöntemi ile kanal modülasyonu açısından modellenmesi
Modeling of HEMTs structures with finite element method in terms of channel modulation
Yazar: YASİN DOĞAN
Danışman: DOÇ. DR. OSMAN ÇİÇEK
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Mikroelektronik aygıtlar = Microelectronic devices ; Modülasyon = Modulation ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Yüksek elektron hareketli transistör (HEMT) temelli mikroelektronik teknolojilerdeki gelişmeler; yüksek güç yoğunluklu uygulamalar ve güç amplifikatörlerinin yanı sıra mikrodalga ve radyo frekansı (RF) elektroniğinde büyük ilerlemelere yol açmıştır. Elektronik yapılarda tercih edilen geniş bant aralıklı (WBG) yarı iletken malzemelerin özellikleri ve iki boyutlu elektron gazı (2-DEG) kanallarının avantajı nedeniyle, HEMT aygıtlarını diğer yarı iletken cihazlara göre daha verimli kılmıştır. Galyum arsenit (GaAs) veya indiyum fosfat (InP) gibi WBG malzemeleri, yüksek kazançlı ve yüksek frekanslı uygulamalar için HEMT yapıları üretmek için kullanılırken, galyum nitrür (GaN) temelli HEMT aygıtlar, üstün özellikleri nedeniyle yüksek güç uygulamalarının ihtiyaçlarını karşılamak için büyük bir değere sahiptir.  Diğer yandan, geleceğin güç elektroniği uygulamalarının temel yarı iletken aygıtı olarak görülen GaN tabanlı HEMT aygıtlar üzerinde kırılma gerilimi (Vbr) ve çalışma karakteristiklerinin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar önemlidir. HEMT yapıların farklı tasrımda ve kanal modülasyonunda tasarlanması elektronik özellikleri açısından önemlidir. Bu nedenle, bu tez çalışmasında güç cihazları için kapı (gate)- akaç (drain) arası mesafe (Lgd)'nin belirlenen yapı üzerinde elektronik özelliklerine etkisi ve farklı kapı aralıklarında Vbr, akım voltaj (Ids-Vgs), çalışma direnci (Ron) gibi karakteristikleri belirlendi. Belirlenen yapı için akaç ve kapı arası mesafe, 0.8µm ile 30µm arasında değiştirilerek sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak kanal modülasyonu açısından elektronik özellikleri analiz edildi.

Abstract:
Advances in microelectronic technologies based on high electron-moving transistors (HEMT) have led to major advances in microwave and radio frequency (RF) electronics, as well as in high-power density applications and power amplifiers. Thanks to the properties of wide band gap (WBG) semiconductor materials preferred in electronic structures and the advantage of two-dimensional electron gas (2-DEG) channels, HEMT devices have become more efficient compared to other semiconductor devices. WBG materials such as gallium arsenide (GaAs) or indium phosphate (InP) are used to produce HEMT structures for high gain and high frequency applications, whereas HEMT devices based on gallium nitride (GaN), due to their superior properties, are of great value in meeting the needs of high power applications. On the other hand, studies on improving the breakdown voltage (Vbr) and operating characteristics of GaN-based HEMT devices, which are regarded as the basic semiconductor devices of future power electronics applications, are important. Designing HEMT structures in different design and channel modulation is important in terms of their electronic properties. Therefore, in this thesis, the effect of gate-drain distance (Lgd) on the electronic properties of the determined structure in power devices and its characteristics such as Vbr, current voltage (Ids-Vgs) and operating resistance (Ron) at different gate intervals were determined. For the determined structure, the distance between the drain and the gate was changed between 0.8µm and 30µm, and the electronic properties were analyzed in terms of channel modulation using the finite element method.