Skip to main content
Erschienen in: Journal of Electronic Materials 6/2021

15.04.2021 | Original Research Article

AlGaN/GaN Metal-Oxide-Semiconductor High-Electron Mobility Transistors Using Ga2O3 Gate Dielectric Layer Grown by Vapor Cooling Condensation System

verfasst von: Hsin-Ying Lee, Ting-Wei Chang, Ching-Ting Lee

Erschienen in: Journal of Electronic Materials | Ausgabe 6/2021

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

In this study, intrinsic Ga2O3 (i-Ga2O3) film was deposited at about 80 K using a vapor cooling condensation system. Its bandgap energy was 5.0 eV. Low oxygen vacancy and defects were verified by using photoluminescence and Hall measurements. When a 40-nm-thick i-Ga2O3 film was used as the gate dielectric layer of AlGaN/GaN metal-oxide-semiconductor high-electron mobility transistors (MOS-HEMTs), threshold voltage, and gate breakdown voltage were − 3.5 V and − 538.0 V, respectively. The associated gate leakage current of the devices operating at a gate-source voltage of − 100 V was 0.57 μA. Furthermore, a saturation drain-source current of 186.2 mA/mm and a maximum extrinsic transconductance of 85.8 mS/mm were obtained for the devices operating at a gate-source voltage of 0 V and a drain-source voltage of 10 V. The unit gain cutoff frequency and the maximum oscillation frequency were 5.7 GHz and 11.0 GHz, respectively. The normalized noise and Hooge’s coefficient were 3.79 × 10−14 Hz−1 and 5.06 × 10−5, respectively, when the devices operated at a frequency of 100 Hz, with a drain-source voltage of 1 V and a gate-source voltage of 5 V.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
2.
Zurück zum Zitat S. Vodapally, C.G. Theodorou, Y. Bae, G. Ghibaudo, S. Cristoloveanu, K.S. Im, and J.H. Lee, IEEE Trans. Electron Devices 64, 3634 (2017).CrossRef S. Vodapally, C.G. Theodorou, Y. Bae, G. Ghibaudo, S. Cristoloveanu, K.S. Im, and J.H. Lee, IEEE Trans. Electron Devices 64, 3634 (2017).CrossRef
3.
Zurück zum Zitat R. Swain, K. Jena, and T.R. Lenka, Mater. Sci. Semicond. Process 53, 66 (2016).CrossRef R. Swain, K. Jena, and T.R. Lenka, Mater. Sci. Semicond. Process 53, 66 (2016).CrossRef
4.
Zurück zum Zitat R. Chu, Z. Chen, Y. Pei, S. Newman, S.P. DenBaars, and U.K. Mishra, IEEE Electron Device Lett. 30, 910 (2009).CrossRef R. Chu, Z. Chen, Y. Pei, S. Newman, S.P. DenBaars, and U.K. Mishra, IEEE Electron Device Lett. 30, 910 (2009).CrossRef
5.
Zurück zum Zitat L.H. Huang, S.H. Yeh, C.T. Lee, H. Tang, J. Bardwell, and J.B. Webb, IEEE Electron Device Lett. 29, 284 (2008).CrossRef L.H. Huang, S.H. Yeh, C.T. Lee, H. Tang, J. Bardwell, and J.B. Webb, IEEE Electron Device Lett. 29, 284 (2008).CrossRef
6.
Zurück zum Zitat C.S. Lee, H.Y. Liu, W.C. Hsu, and S.F. Chen, Mater. Sci. Semicond. Process 59, 1 (2017).CrossRef C.S. Lee, H.Y. Liu, W.C. Hsu, and S.F. Chen, Mater. Sci. Semicond. Process 59, 1 (2017).CrossRef
7.
Zurück zum Zitat C.T. Lee, Y.L. Chiou, and C.S. Lee, IEEE Electron Device Lett. 31, 1220 (2010). C.T. Lee, Y.L. Chiou, and C.S. Lee, IEEE Electron Device Lett. 31, 1220 (2010).
8.
Zurück zum Zitat Z. Gao, M.F. Romero, M.A. Pampillón, E.S. Andrés, and F. Calle, IEEE Trans. Electron Devices 63, 2729 (2016).CrossRef Z. Gao, M.F. Romero, M.A. Pampillón, E.S. Andrés, and F. Calle, IEEE Trans. Electron Devices 63, 2729 (2016).CrossRef
9.
Zurück zum Zitat C.T. Lee, C.L. Yang, C.Y. Tseng, J.H. Chang, and R.H. Horng, IEEE Trans. Electron Devices 62, 2481 (2015).CrossRef C.T. Lee, C.L. Yang, C.Y. Tseng, J.H. Chang, and R.H. Horng, IEEE Trans. Electron Devices 62, 2481 (2015).CrossRef
10.
Zurück zum Zitat S.J. Pearton, J. Yang, P.H. Cary IV., F. Ren, J. Kim, M.J. Tadjer, and M.A. Mastro, Appl. Phys. Rev. 5, 011301 (2018).CrossRef S.J. Pearton, J. Yang, P.H. Cary IV., F. Ren, J. Kim, M.J. Tadjer, and M.A. Mastro, Appl. Phys. Rev. 5, 011301 (2018).CrossRef
11.
Zurück zum Zitat S.I. Stepanov, V.I. Nikolaev, V.E. Bougrov, and A.E. Romanov, Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 63 (2016). S.I. Stepanov, V.I. Nikolaev, V.E. Bougrov, and A.E. Romanov, Rev. Adv. Mater. Sci. 44, 63 (2016).
12.
Zurück zum Zitat K.J. Chen, S. Yang, Z. Tang, S. Huang, Y. Lu, Q. Jiang, S. Liu, C. Liu, and B. Li, Phys. Status Solidi A 212, 1059 (2015).CrossRef K.J. Chen, S. Yang, Z. Tang, S. Huang, Y. Lu, Q. Jiang, S. Liu, C. Liu, and B. Li, Phys. Status Solidi A 212, 1059 (2015).CrossRef
13.
Zurück zum Zitat C.F. Lin, C.M. Lin, and R.H. Jiang, Jpn. J. Appl. Phys. 51, 01AG03 (2012).CrossRef C.F. Lin, C.M. Lin, and R.H. Jiang, Jpn. J. Appl. Phys. 51, 01AG03 (2012).CrossRef
14.
Zurück zum Zitat H.Y. Lee, J.T. Liu, and C.T. Lee, IEEE Photon. Technol. Lett. 30, 549 (2018).CrossRef H.Y. Lee, J.T. Liu, and C.T. Lee, IEEE Photon. Technol. Lett. 30, 549 (2018).CrossRef
15.
Zurück zum Zitat H.C. Chiu, J.H. Wu, C.W. Yang, F.H. Huang, and H.L. Kao, IEEE Electron Device Lett. 33, 958 (2012).CrossRef H.C. Chiu, J.H. Wu, C.W. Yang, F.H. Huang, and H.L. Kao, IEEE Electron Device Lett. 33, 958 (2012).CrossRef
16.
17.
Zurück zum Zitat C.T. Lee, H.W. Chen, and H.Y. Lee, Appl. Phys. Lett. 82, 4304 (2003).CrossRef C.T. Lee, H.W. Chen, and H.Y. Lee, Appl. Phys. Lett. 82, 4304 (2003).CrossRef
18.
Zurück zum Zitat O. Seok, W. Ahn, M.K. Han, and M.W. Ha, J. Vac. Sci. Technol. B 31, 011203 (2013).CrossRef O. Seok, W. Ahn, M.K. Han, and M.W. Ha, J. Vac. Sci. Technol. B 31, 011203 (2013).CrossRef
19.
Zurück zum Zitat H.Y. Shih, F.C. Chu, A. Das, C.Y. Lee, M.J. Chen, and R.M. Lin, Nanoscale Res. Lett. 11, 235 (2016).CrossRef H.Y. Shih, F.C. Chu, A. Das, C.Y. Lee, M.J. Chen, and R.M. Lin, Nanoscale Res. Lett. 11, 235 (2016).CrossRef
20.
Zurück zum Zitat S. Han, X. Huang, M. Fang, W. Zhao, S. Xu, D. Zhu, W. Xu, M. Fang, W. Liu, P. Cao, and Y. Lu, J. Mater. Chem. C 7, 11834 (2019).CrossRef S. Han, X. Huang, M. Fang, W. Zhao, S. Xu, D. Zhu, W. Xu, M. Fang, W. Liu, P. Cao, and Y. Lu, J. Mater. Chem. C 7, 11834 (2019).CrossRef
21.
Zurück zum Zitat L.H. Huang, K.C. Kan, and C.T. Lee, J. Electronic Mater. 38, 529 (2009).CrossRef L.H. Huang, K.C. Kan, and C.T. Lee, J. Electronic Mater. 38, 529 (2009).CrossRef
22.
Zurück zum Zitat A. Kaya, H. Mao, J. Gao, R.V. Chopdekar, Y. Takamura, S. Chowdhury, and M.S. Islam, IEEE Trans. Electron Devices 64, 2047 (2017).CrossRef A. Kaya, H. Mao, J. Gao, R.V. Chopdekar, Y. Takamura, S. Chowdhury, and M.S. Islam, IEEE Trans. Electron Devices 64, 2047 (2017).CrossRef
23.
24.
Zurück zum Zitat X. Feng, Z. Li, W. Mi, Y. Luo, and J. Ma, Mater. Sci. Semicond. Process 34, 52 (2015).CrossRef X. Feng, Z. Li, W. Mi, Y. Luo, and J. Ma, Mater. Sci. Semicond. Process 34, 52 (2015).CrossRef
25.
Zurück zum Zitat R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, M. Hattori, and A. Ohtomo, Appl. Phys. Lett. 111, 162101 (2017).CrossRef R. Wakabayashi, K. Yoshimatsu, M. Hattori, and A. Ohtomo, Appl. Phys. Lett. 111, 162101 (2017).CrossRef
26.
Zurück zum Zitat M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamokoshi, Appl. Phys. Lett. 100, 013504 (2012).CrossRef M. Higashiwaki, K. Sasaki, A. Kuramata, T. Masui, and S. Yamokoshi, Appl. Phys. Lett. 100, 013504 (2012).CrossRef
27.
Zurück zum Zitat D.Y. Guo, Z.P. Wu, Y.H. An, X.C. Guo, X.L. Chu, C.L. Sun, L.H. Li, P.G. Li, and W.H. Tang, Appl. Phys. Lett. 105, 023507 (2014).CrossRef D.Y. Guo, Z.P. Wu, Y.H. An, X.C. Guo, X.L. Chu, C.L. Sun, L.H. Li, P.G. Li, and W.H. Tang, Appl. Phys. Lett. 105, 023507 (2014).CrossRef
28.
Zurück zum Zitat L. Dong, R. Jia, B. Xin, and Y. Zhang, J. Vac. Sci. Technol. A 34, 060602 (2016).CrossRef L. Dong, R. Jia, B. Xin, and Y. Zhang, J. Vac. Sci. Technol. A 34, 060602 (2016).CrossRef
29.
Zurück zum Zitat H.Y. Lee, S.D. Xia, W.P. Zhang, L.R. Lou, J.T. Yan, and C.T. Lee, J. Appl. Phys. 108, 073119 (2010).CrossRef H.Y. Lee, S.D. Xia, W.P. Zhang, L.R. Lou, J.T. Yan, and C.T. Lee, J. Appl. Phys. 108, 073119 (2010).CrossRef
30.
31.
Zurück zum Zitat R.W. Chuang, R.X. Wu, L.W. Lai, and C.T. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 231113 (2007).CrossRef R.W. Chuang, R.X. Wu, L.W. Lai, and C.T. Lee, Appl. Phys. Lett. 91, 231113 (2007).CrossRef
32.
Zurück zum Zitat Y.J. Lin, C.D. Tsai, Y.T. Lyu, and C.T. Lee, Appl. Phys. Lett. 77, 687 (2000).CrossRef Y.J. Lin, C.D. Tsai, Y.T. Lyu, and C.T. Lee, Appl. Phys. Lett. 77, 687 (2000).CrossRef
33.
Zurück zum Zitat M. Thirumoorthi, and J.T.J. Prakash, Superlattices Microstruct. 85, 237 (2015).CrossRef M. Thirumoorthi, and J.T.J. Prakash, Superlattices Microstruct. 85, 237 (2015).CrossRef
35.
Zurück zum Zitat Y.L. Chiou, L.H. Huang, and C.T. Lee, IEEE Electron Device Lett. 31, 183 (2010).CrossRef Y.L. Chiou, L.H. Huang, and C.T. Lee, IEEE Electron Device Lett. 31, 183 (2010).CrossRef
36.
Zurück zum Zitat M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev, R. Gaska, J.W. Yang, and M.S. Shur, Appl. Phys. Lett. 73, 1089 (1998).CrossRef M.E. Levinshtein, S.L. Rumyantsev, R. Gaska, J.W. Yang, and M.S. Shur, Appl. Phys. Lett. 73, 1089 (1998).CrossRef
37.
Zurück zum Zitat F.N. Hooge, T.G.M. Kleinpenning, and L.K.J. Vandamme, Rep. Prog. Phys. 44, 479 (1981).CrossRef F.N. Hooge, T.G.M. Kleinpenning, and L.K.J. Vandamme, Rep. Prog. Phys. 44, 479 (1981).CrossRef
38.
Zurück zum Zitat S.K. Jha, C. Surya, K.J. Chen, K.M. Lau, and E. Jelencovic, Solid-State Electron. 52, 606 (2008).CrossRef S.K. Jha, C. Surya, K.J. Chen, K.M. Lau, and E. Jelencovic, Solid-State Electron. 52, 606 (2008).CrossRef
Metadaten
Titel
AlGaN/GaN Metal-Oxide-Semiconductor High-Electron Mobility Transistors Using Ga2O3 Gate Dielectric Layer Grown by Vapor Cooling Condensation System
verfasst von
Hsin-Ying Lee
Ting-Wei Chang
Ching-Ting Lee
Publikationsdatum
15.04.2021
Verlag
Springer US
Erschienen in
Journal of Electronic Materials / Ausgabe 6/2021
Print ISSN: 0361-5235
Elektronische ISSN: 1543-186X
DOI
https://doi.org/10.1007/s11664-021-08879-8

Weitere Artikel der Ausgabe 6/2021

Journal of Electronic Materials 6/2021 Zur Ausgabe

Neuer Inhalt