초록 ▼

본 연구 과제의 목표는 양성자 주입 조건을 최적화 하여 양성차빔 조사를 통한 2DEG 특성 변화를 이용하여 AlGaN/GaN 이종 복합구조 반도체 소자의 전기적 특성 개선과 관련한 기술 개발이다. 전력용 반도체로서 AlGaN/GaN HEMT의 항복 전압 및 순방향 전류는 매우 중요한 특성이며 양성자빔 조사 에너지와 조사량 최적화를 통해 AlGaN/GaN HEMT의 순방할 및 역방향 전기적 특성을 개선하려고 하였다. 기존 연구에서 40 keV, 150 keV의 에너지만을 조사하였으므로 본 연구를 통해 보다 세분화된 에너지 조건을 적용

본 연구 과제의 목표는 양성자 주입 조건을 최적화 하여 양성차빔 조사를 통한 2DEG 특성 변화를 이용하여 AlGaN/GaN 이종 복합구조 반도체 소자의 전기적 특성 개선과 관련한 기술 개발이다. 전력용 반도체로서 AlGaN/GaN HEMT의 항복 전압 및 순방향 전류는 매우 중요한 특성이며 양성자빔 조사 에너지와 조사량 최적화를 통해 AlGaN/GaN HEMT의 순방할 및 역방향 전기적 특성을 개선하려고 하였다. 기존 연구에서 40 keV, 150 keV의 에너지만을 조사하였으므로 본 연구를 통해 보다 세분화된 에너지 조건을 적용하여 최적 에너지 조건을 확립하고자 하였다. 더불어, 크기가 작고 질량이 작아 작은 에너지도 조사 깊이가 큰 양성자 빔은 소자의 반도체 영역에 주입되므로 소자의 상층부인 패시베이션 막 내에 AS+ 입자를 조사하는 실험을 병행하여 양성자 빔 조사와 비교, 분석하였다. 양성자 조사 실험의 경우 150 keV의 에너지로 양성자를 반도체 내부에 주입시킴으로써 $400^{\circ}C$ 5분의 어닐링을 통한 원자들의 재배열에 따른 누설전류의 장소 및 양성자와 채널의 전자 간의 Coulomb interaction에 의해 공핍영역이 확장함으로써 항복전압을 성공적으로 향상시켰다. 150 KeV, $1\times10^{14}/cm^2$의 최적 주입 조건에서 AlGaN/GaN HEMT의 누설전류는 12.5 $\mu A/mm$, 항복전압은 719 V의 결과를 나타내었다. 80 keV와 120 keV 조사 실험 결과 80 keV와 120 keV의 에너지로 조사된 양성자는 소자의 채널인 2DEG 근방으로 조사되어 소자가 파괴되는 것이 확인되었다. As+가 조사된 HEMT는 항복 전압은 1370 V, 누설 전류는 38.82 uA/mm의 결과를 나타냈었다. 또한 As+가 조사된 SBD는 항복 전압은 1204 V, 누설 전류는 21.2 nA/mm의 결과를 나타내었다. 이러한 연구 결과들은 국제 학술회의인 ISPSD'08과 MRS Spring Meeting'08에 각각 발표되었다. 본 연구 결과는 전력 반도체의 누설 전류 감소 및 항복전압 향상 측면에서 우수한 결과이다.

Abstract ▼

The perpose of our work is the improvement of electric characteristics such as leakage current and breakdown voltage of AlGaN/GaN HEMTs by employing proton irradiation.
We designed and fabricated AlGaN/GaN HEMT and SBD and irradiated proton beam on the fabricated devices. We tried to change the e

The perpose of our work is the improvement of electric characteristics such as leakage current and breakdown voltage of AlGaN/GaN HEMTs by employing proton irradiation.
We designed and fabricated AlGaN/GaN HEMT and SBD and irradiated proton beam on the fabricated devices. We tried to change the electric characteristics of AlGaN/GaN heterostructure by irradiating proton beam which has positive charge. We vaned irradiation conditions such as acceleration energy to find the most appropriate irradiation condition. Moreover, we made effort to find the annealing condition to recover lattice damage which had been made during proton irradiation. We investigated the profile of the irradiated proton by numercial simulation.
Proton is small and light particle, its penetration depth is relativle large. Therefore, irradiated protons stop in semiconductor. On the other hand, larger and havier particles could stop in passivation layer. To research the difference between these 2 cases, we implanted As+ ions which would stop in the passivation layer.
The purpose of our work is to find the most appropriate condition of proton irradiation to improve the electric characteristics such as leakage current and breakdown voltage of AlGaN/GaN HEMT by employing various methode mentioned above.

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발 과제의 개요 ...12
• 제 1 절 연구개발의 목적 및 필요성 ...12
• 제 2 절 연구개발의 내용 및 범위 ...16
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ...19
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ...21
• 제 1 절 연구개발의 접근 방법 ...21
• 제 2 절 연구내용 ...21
• 제 3 절 연구결과 ...23
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...35
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도 ...35
• 제 2 절 관련분야의 기술 발전의 기여도 ...36
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ...37
• 제 1 절 추가연구의 필요성 ...37
• 제 2 절 타 분야로의 응용 및 사업화 추진 방안 ...38