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사다리꼴 게이트 구조를 갖는 고내압 AlGaN/GaN HEMT
김재무(Jae-Moo Kim),김수진(Su-Jin Kim),김동호(Dong-Ho Kim),정강민(Kang-Min Jung),최홍구(Hong Goo Choi),한철구(Cheol-Koo Hahn),김태근(Tae-Geun Kim) 대한전자공학회 2009 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.46 No.4
본 논문에서는 항복 전압 특성을 향상시키기 위한 사다리꼴 게이트 구조의 AlGaN/GaN HEMT구조를 제안하였으며 그 실현 가능성을 2차원 소자 시뮬레이터를 통해 조사하였다. 사다리꼴 게이트 구조의 사용으로 드레인 방향의 게이트 모서리 부근에서 나타나는 전계의 집중을 효과적으로 분산되는 것이 시뮬레이션 결과에서 확인 되었다. 제안된 사다리꼴 게이트 AlGaN/GaN HEMT 소자 구조에서 2DEG 채널을 따라 형성되는 전계의 피크값은 4.8 MV/㎝ 에서 3.5 MV/㎝ 로 기존 구조의 AlGaN/GaN HEMT에 비해 30 % 가량 감소하였으며, 그 결과로 인해 항복 전압은 49 V 에서 69 V 로 40 % 가량 증가하였다. We propose a trapezoidal gate AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) to improve the breakdown voltage characteristics and its feasibility is investigated by two-dimensional device simulations. The use of a trapezoidal gate structure appears to be quite effective in dispersing the electric fields concentrated near the gate edge on the drain side from the simulation result. We find that a peak value of the electric field along the 2-DEG channel is reduced by 30 %, from 4.8 to 3.5 MV/㎝, and thereby, the breakdown voltage (Vbr) of the proposed AlGaN/GaN HEMT is increased by about 40 %, from 49 to 69 V, compared to those of the standard AlGaN/GaN HEMT.
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Sapphire SiC, Si 기판에 따른 AlGaN/GaN HEMT의 DC 전기적 특성의 시뮬레이션과 분석
김수진,김동호,김재무,최홍구,한철구,김태근,Kim, Su-Jin,Kim, Dong-Ho,Kim, Jae-Moo,Choi, Hong-Goo,Hahn, Cheol-Koo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자학회 2007 전기전자학회논문지 Vol.11 No.4
In this paper, we report on the 2D (two-dimensional) simulation result of the DC (direct current) electrical and thermal characteristics of AlGaN/GaN HEMTs (high electron mobility transistors) grown on Si substrate, in comparison with those grown on sapphire and SiC (silicon carbide) substrate, respectively. In general, the electrical properties of HEMT are affected by electron mobility and thermal conductivity, which depend on substrate material. For this reason, the substrates of GaN-based HEMT have been widely studied today. The simulation results are compared and studied by applying general Drift-Diffusion and thermal model altering temperature as 300, 400 and 500 K, respectively. With setting T=300 K and $V_{GS}$=1 V, the $I_{D,max}$ (drain saturation current) were 189 mA/mm for sapphire, 293 mA/mm for SiC, and 258 mA/mm for Si, respectively. In addition, $G_{m,max}$ (maximum transfer conductance) of sapphire, SiC, Si was 38, 50, 31 mS/mm, respectively, at T=500 K. 본 논문에서는 최근 고출력 및 고온 분야의 반도체 분야에 널리 이용되고 있는 AlGaN/GaN 고 전자 이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT) 에 대해 DC (direct current) 특성과 열 특성을 기판을 달리하며 시뮬레이션을 수행하였다. 일반적으로 HEMT 소자의 전자 이동도 및 열전도 특성은 기판의 영향이 그 특성을 크게 좌우한다. 이러한 문제점으로 인해 GaN 기반의 HEMT 소자의 기판에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서, 일반적인 Drift-Diffusion 모델과 열 모델을 이용하여 Si, sapphire, SiC (silicon carbide)으로 각각 기판을 변화시키며 시뮬레이션을 하였다. 열 모델 시뮬레이션은 온도를 각각 300, 400, 500K로 변화시키며 그 결과를 비교, 해석 하였다. 전류-전압 (I-V) 특성을 T= 300 K, $V_{GS}$=1 V의 조건에서 시뮬레이션 한 결과, 드레인 포화전류 ($I_{D,max}$)의 값과 sapphire 기판은 189 mA/mm, SiC 기판은 293 mA/mm, Si 기판은 258 mA/mm 를 나타내었다. 또한 T= 500 K에서 최대 전달컨덕턴스($G_{m,max}$)는 각각 38, 50, 31 mS/mm 를 나타내었다.
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AlGaN/GaN HEMT의 분극 현상에 대한 3D 시뮬레이션
정강민(Kang Min Jung),김재무(Jae Moo Kim),김희동(Hee Dong Kim),김동호(Dong Ho Kim),김태근(Tae Geun Kim) 大韓電子工學會 2010 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.47 No.10
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 ㎚에서 38 ㎚로 증가할수록 Id-Vd의 특성이 증가하다가 임계두께인 39 ㎚에 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 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 (ID,max) was increased by more than 37%, while Al mole fractions are changed from 0.3 to 0.4. We also observed a 37 % improvement in maximum drain current density (I<SUB>D</SUB>,max) by increasing AlGaN layer thickness from 17 to 38 ㎚. 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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트렌치 구조의 소스와 드레인 구조를 갖는 AlGaN/GaN HEMT의 DC 출력특성 전산모사
정강민,이영수,김수진,김동호,김재무,최홍구,한철구,김태근,Jung, Kang-Min,Lee, Young-Soo,Kim, Su-Jin,Kim, Dong-Ho,Kim, Jae-Moo,Choi, Hong-Goo,Hahn, Cheol-Koo,Kim, Tae-Geun 한국전기전자재료학회 2008 전기전자재료학회논문지 Vol.21 No.10
We present simulation results on DC characteristics of AlGaN/GaN HEMTs having trench shaped source/drain Ohmic electrodes. In order to reduce the contact resistance in the source and drain region of the conventional AlGaN/GaN HEMTs and thereby to increase their DC output power, we applied narrow-shaped-trench electrode schemes whose size varies from $0.5{\mu}m$ to $1{\mu}m$ to the standard AlGaN/GaN HEMT structure. As a result, we found that the drain current was increased by 13 % at the same gate bias condition and the transconductance (gm) was improved by 11 % for the proposed AlGaN/GaN HEMT, compared with those of the conventional AlGaN/GaN HEMTs.
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