SiN pasivasyonu öncesi ön işlemlerin GaN HEMT'lerin performansına etkisi
The effect of pretreatment on GaN HEMT performance before SiN passivation
Yazar: KÜBRA ELİF ASAN
Danışman: PROF. DR. ABBAS TAMER ÖZDEMİR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
AlGaN/GaN hetero yapısı, özellikle yüksek sıcaklık ve yüksek gerilim gerektiren uygulamalarda, gelecek nesil yüksek frekans ve yüksek güç cihazları için umut verici yarı iletkenlerdir. Geniş bant aralığı AlGaN/GaN yüksek elektron hareketli transistörlerde (HEMT), yüksek kırılma gerilimi ve yüksek doyum akımı sağlar, bu özellikleri sayesinde kablosuz iletişim, uydu ve radar uygulamaları gibi birçok farklı uygulamada kullanılmaktadır. Ancak bu teknolojide akım kaçakları ve akım çökmeleri sebebiyle bazı performans limitleri söz konusudur. Bu etkilerin oluşmasına yüzey kusurları, yüzey tuzakları ve yüzey hasarları sebep olmaktadır. Bu çalışmada HEMT' lerin pasivasyon kaplaması öncesinde yapılan ön işlemlerle akım kaçaklarını azaltarak, performansı arttırmak amaçlanmıştır. AlGaN/GaN çok katlı kristal HEMT yapısının büyütülmesi metal organik kimyasal buhar biriktirme (MOCVD) sistemi ile yapılmıştır. Fabrikasyon adımında fotomaskeli ve maskesiz desenleme işlemi, fiziksel ve kimyasal aşındırma, metal kaplama, pasivasyon kaplama işlemleri yapılmıştır. Yüzey kusurlarını, tuzaklarını ve hasarlarını azaltmak için SF6 ve O2, CF4 ve O2, NH3, N2 gazlarını içeren kuru plazma ön işlemleri ve tampon tabaka oksit kaldırıcı (BOE) ıslak kimyasal ön işlemleri uygulanmıştır. Karakterizasyon hem ön işlem öncesinde hem de ön işlem sonrasında yapılmıştır. DC ölçümleri ve kapı gecikmesi (gate lag) ölçümleri sonucunda kapı ve akaç akımı kaçaklarının azalmasının nitrojen içeren plazma ön işlemleri ile sağlandığı görülmüştür.

Abstract:
AlGaN/GaN heterostructures are promising semiconductors for next-generation high-frequency and high-power devices, particularly at high temperature and high voltage operation. Their wideband gap allows high breakdown voltage and high saturation current capabilities in an AlGaN/GaN high-electron mobility transistor (HEMT), which make them potential candidates for many different applications, such as wireless communications, satellite and radar applications. However, in this technology, there are some performance limits due to current leaks and current collapse. These effects are caused by surface defects, surface traps and surface damage. In this study, it is aimed to improve the performance by decreasing the current leakage by pretreatments made before the passivation layer deposition of the HEMTs. The AlGaN/GaN epitaxial HEMT structure is grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) system. In the fabrication step, photomask and maskless patterning process, physical and chemical etching, metal coating, passivation layer deposition were done. Dry plasma pretreatments including SF6 and O2, CF4 and O2, NH3, N2 gases and wet chemical pretreatment of buffer oxide etchant (BOE) were applied to reduce surface defects, traps and damage. Characterization was carried out both before pre-treatment and after pre-treatment. As a result of DC measurements and gate lag measurements, it has been shown that the reduction of gate and drain current leaks are provided by nitrogen containing plasma pretreatments.