본 논문에서는 AlGaN/GaN HEMT의 분극에 의한 전기적인 특성과 구조적인 특성에 대해서 분석하였다. 몰 분율, AlGaN barrier 층의 두께의 물리적인 변화에 따라서 이차원 전자가스 채널의 농도 변화가 이루어지는 것을 바탕으로 DC 특성 및 분극을 고려한 최적화된 구조에 대해서 시뮬레이션을 진행하였다. AlGaN의 몰 분율이 0.3 몰에서 0.4 몰로 증가할수록 분극에 의한 bound sheet charge가 16 % 증가하며 그에 따라서 Id-Vd 특성 역시 37% 증가하게 된다. 또한 AlGaN 층의 두께가 17 nm에서 38nm로 증가할수록 Id-Vd의 특성이 증가하다가 임계두께인 39nm에 이르게 되면 AlGaN층의 relaxation에 의해서 급격하게 특성이 나빠지는 것을 알 수 있다.
본 논문에서는 AlGaN/GaN HEMT의 분극에 의한 전기적인 특성과 구조적인 특성에 대해서 분석하였다. 몰 분율, AlGaN barrier 층의 두께의 물리적인 변화에 따라서 이차원 전자가스 채널의 농도 변화가 이루어지는 것을 바탕으로 DC 특성 및 분극을 고려한 최적화된 구조에 대해서 시뮬레이션을 진행하였다. AlGaN의 몰 분율이 0.3 몰에서 0.4 몰로 증가할수록 분극에 의한 bound sheet charge가 16 % 증가하며 그에 따라서 Id-Vd 특성 역시 37% 증가하게 된다. 또한 AlGaN 층의 두께가 17 nm에서 38nm로 증가할수록 Id-Vd의 특성이 증가하다가 임계두께인 39nm에 이르게 되면 AlGaN층의 relaxation에 의해서 급격하게 특성이 나빠지는 것을 알 수 있다.
In this paper, we investigated the polarization effects on the electrical and structural characteristics of AlGaN/GaN HEMT. Both the Al mole-fraction and the barrier thickness of AlGaN, which determine the profiles of a two-dimensional electron gas, were simulated to obtain the optimum HEMT structur...
In this paper, we investigated the polarization effects on the electrical and structural characteristics of AlGaN/GaN HEMT. Both the Al mole-fraction and the barrier thickness of AlGaN, which determine the profiles of a two-dimensional electron gas, were simulated to obtain the optimum HEMT structure affecting the polarization effect. As a results, we found that the amount of bound sheet charges was increased by 16% and the maximum drain current density ($I_D$,max) was increased by more than 37%, while AI mole fractions are changed from 0.3 to 0.4. We also observed a 37% improvement in maximum drain current density ($I_D$,max) by increasing AIGaN layer thickness from 17 to 38 nm. However when AlGaN layer thickness reached the critical thickness, DC characteristics were dramatically lowered due to 'bulk' relaxation in AlGaN layer.
In this paper, we investigated the polarization effects on the electrical and structural characteristics of AlGaN/GaN HEMT. Both the Al mole-fraction and the barrier thickness of AlGaN, which determine the profiles of a two-dimensional electron gas, were simulated to obtain the optimum HEMT structure affecting the polarization effect. As a results, we found that the amount of bound sheet charges was increased by 16% and the maximum drain current density ($I_D$,max) was increased by more than 37%, while AI mole fractions are changed from 0.3 to 0.4. We also observed a 37% improvement in maximum drain current density ($I_D$,max) by increasing AIGaN layer thickness from 17 to 38 nm. However when AlGaN layer thickness reached the critical thickness, DC characteristics were dramatically lowered due to 'bulk' relaxation in AlGaN layer.
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문제 정의
된다. 따라서 본 논문에서는 AIGaN/GaN HEMT의 분극에 따른 전기적인 특성과 구조적인 특성에 대해서 분석을 하였다. 몰 분율과 AlGaN barrier 층의 두께의 변화에 따라서 2차원 전자가스 채널의 농도가 변하는 것을 바탕으로 DC 특성 및 분극을 고려한 최적화된 구조를 제안하였다.
제안 방법
따라서 본 논문에서는 AIGaN/GaN HEMT의 분극에 따른 전기적인 특성과 구조적인 특성에 대해서 분석을 하였다. 몰 분율과 AlGaN barrier 층의 두께의 변화에 따라서 2차원 전자가스 채널의 농도가 변하는 것을 바탕으로 DC 특성 및 분극을 고려한 최적화된 구조를 제안하였다.
본 논문에서는 AIGaN/GaN HEMT 소자에서 AIGaN 층에서의 Al 몰 분율과 두께에 따른 분극현상의 변화와 그에 따른 DC 특성의 변화를 3차원 시뮬레이션을 통해서 분석하였다. 몰 분율이 증가할수록 분극에 의해서 형성되는 bound sheet charge의 증가에 따라서 채널의 sheet electron concentration0] 증가하게 된다.
본 논문은 3차원 시뮬레이터인 Silvac。사의 Atlas 프로그램을 이용하여 AIGaN/GaN HEMT 소자의 분극에 관련된 시뮬레이션을 진행하였다.
여기서 Vsatn과 V혀也는 전자와 정공의 포화 속도이며 BN과 BP는 mobHity와 관련된 fitting 파라미터로 본시뮬레이션에서는 AIGaN과 GaN영역에서 각각 1과 2 를 사용하였다. 그리고 μno와 此0는 전자와 정공의 low field mobility를 나타낸다.
대상 데이터
GaN 층의 두께는 2 um이며 몰 분율에 따른 특성을 시뮬레이션하기 위한 구조에서 AlGaN 층의 두께는 25nm로 구성되었으며 두 개의 층 모두 폭은 40 呻로 구성되어졌다. 게이트의 길이는 0.5 pm, 소스와 게이트(Lsg) 그리고 드레인과 게이트간(Lgd)의 거리는 2 皿이다. 소스와 드레인 접촉은 저항 접촉으로 n-type으로 만큼 도핑을 하여서 실제 공정에서 A1 등을 이용해서 저항접촉을 구현한 것을 나타내었으며 게이트는 schottky 접촉으로 일함수는 5.
이론/모형
위의 식을 통해서 나온 분 극 값들을 바탕으로 DC 특성 시뮬레이션을 위해 전기장에 의한 전자와 정공의 이동 도를 나타낸 fldmob 모델을 사용하였다. 본 모델은 전하가 전기장에 의해서 가속되다가 전기장의 세기가 일정한 크기를 넘어가게 되면 포화가 되어서 더 이상 가속 되지 않는 것을 나타내고 있으며 아래의식과 같이 표현된다.
성능/효과
있다. AIGaN 층의 두께가 증가할수록 드레인 전류의 값이 증가 되다가 39 nm가 되면 드레인 전류 값이 매우 작아 지는 것을 알 수 있다. 이는 AIGaN 층의 두께에 따른 relaxation에 따라서 채널의, sheet electron concentration이 변하고 그에 따라서 소자의 특성이 나빠지게 되는 것이다.
4 몰로 증가함에 따라서 채널의 sheet electron concentration0] 증가하게 되고 그에 따라서 드레인 전류가 37 % 증가하게 된다. 또한 본 논문의 시뮬레이션 결과에서는 0.2몰일 때 소자의 특성이 매우 작음을 볼 수 있는데 이는 소자의 임계 몰 농도로 0.2몰이라는 것을 의미하게 된다.
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