Published September 16, 2023 | Version v1
Publication Open

Design Optimization of High Breakdown Voltage AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistor with Insulator Dielectric Passivation Layer

Creators

  • 1. Duy Tan University

Description

AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) possess favorable material properties and are compatible with large-scale manufacturing, making them promising as a next-generation power device. However, there is a lack of information available on the effect of an insulator dielectric passivation layer on the breakdown voltage (Vbr) of AlGaN/GaN HEMTs. This study utilizes technology computer aided design to investigate the impact of different insulator dielectric passivation layers, such as SiO2, SiN, Al2O3, and HfO2, on Vbr of AlGaN/GaN HEMTs. Furthermore, the study optimizes the parameters of the field plate length (LFP) and insulator thickness to maximize Vbr of AlGaN/GaN HEMTs. Results indicate that HEMTs with a field plate (FP-HEMTs) have greater Vbr than HEMTs without a field plate (N-HEMTs). With the optimized conditions of a 1.8 µm LFP and a 0.95 µm insulator thickness with HfO2 passivation, Vbr of 1120 V is achieved. The findings suggest that the field plate (FP) and passivation layer can significantly improve the efficiency and reliability of AlGaN/GaN HEMTs while the impact of AlGaN/GaN heterostructure parameters on Vbr is minimal.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمتلك ترانزستورات AlGaN/GaN عالية الحركة الإلكترونية (HEMTs) خصائص مواتية للمواد ومتوافقة مع التصنيع على نطاق واسع، مما يجعلها واعدة كجهاز طاقة من الجيل التالي. ومع ذلك، هناك نقص في المعلومات المتاحة حول تأثير طبقة التخميل العازل العازل على جهد الانهيار (Vbr) لـ AlGaN/GaN HEMTs. تستخدم هذه الدراسة التصميم التكنولوجي بمساعدة الكمبيوتر للتحقيق في تأثير طبقات التخميل العازل الكهربائي المختلفة، مثل SiO2 و SiN و Al2O3 و HfO2، على Vbr من AlGaN/GaN HEMTs. علاوة على ذلك، تعمل الدراسة على تحسين معلمات طول لوحة المجال (LFP) وسماكة العازل لزيادة Vbr لـ AlGaN/GaN HEMTs. تشير النتائج إلى أن HEMTs مع لوحة المجال (FP - HEMTs) لديها Vbr أكبر من HEMTs بدون لوحة مجال (N - HEMTs). مع الظروف المحسنة من 1.8 ميكرومتر LFP وسماكة عازل 0.95 ميكرومتر مع تخميل HfO2، يتم تحقيق Vbr من 1120 فولت. تشير النتائج إلى أن لوحة المجال (FP) وطبقة التخميل يمكن أن تحسن بشكل كبير من كفاءة وموثوقية AlGaN/GaN HEMTs في حين أن تأثير معلمات البنية المتغايرة AlGaN/GaN على Vbr ضئيل.

Translated Description (French)

Les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) AlGaN/GaN possèdent des propriétés matérielles favorables et sont compatibles avec la fabrication à grande échelle, ce qui les rend prometteurs en tant que dispositif de puissance de nouvelle génération. Cependant, il existe un manque d'informations disponibles sur l'effet d'une couche de passivation diélectrique isolante sur la tension de claquage (Vbr) des HEMT AlGaN/GaN. Cette étude utilise une technologie de conception assistée par ordinateur pour étudier l'impact de différentes couches de passivation diélectrique d'isolant, telles que SiO2, SiN, Al2O3 et HfO2, sur le Vbr des HEMT AlGaN/GaN. En outre, l'étude optimise les paramètres de la longueur de la plaque de champ (LFP) et de l'épaisseur de l'isolant pour maximiser Vbr des HEMT AlGaN/GaN. Les résultats indiquent que les HEMT avec une plaque de champ (FP-HEMT) ont un Vbr supérieur à celui des HEMT sans plaque de champ (N-HEMT). Avec les conditions optimisées d'une LFP de 1,8 µm et d'une épaisseur d'isolant de 0,95 µm avec passivation HfO2, Vbr de 1120 V est atteint. Les résultats suggèrent que la plaque de champ (FP) et la couche de passivation peuvent améliorer de manière significative l'efficacité et la fiabilité des HEMT AlGaN/GaN alors que l'impact des paramètres d'hétérostructure AlGaN/GaN sur Vbr est minime.

Translated Description (Spanish)

Los transistores de alta movilidad electrónica (HEMT) AlGaN/GaN poseen propiedades materiales favorables y son compatibles con la fabricación a gran escala, lo que los hace prometedores como dispositivo de energía de próxima generación. Sin embargo, existe una falta de información disponible sobre el efecto de una capa de pasivación dieléctrica aislante en el voltaje de ruptura (Vbr) de los HEMT de AlGaN/GaN. Este estudio utiliza tecnología de diseño asistido por ordenador para investigar el impacto de diferentes capas de pasivación dieléctrica del aislante, como SiO2, SiN, Al2O3 y HfO2, en el Vbr de los HEMT de AlGaN/GaN. Además, el estudio optimiza los parámetros de la longitud de la placa de campo (LFP) y el espesor del aislante para maximizar el Vbr de los HEMT de AlGaN/GaN. Los resultados indican que los HEMT con placa de campo (FP-HEMT) tienen mayor Vbr que los HEMT sin placa de campo (N-HEMT). Con las condiciones optimizadas de un LFP de 1.8 µm y un espesor de aislante de 0.95 µm con pasivación de HfO2, se logra un Vbr de 1120 V. Los hallazgos sugieren que la placa de campo (FP) y la capa de pasivación pueden mejorar significativamente la eficiencia y la fiabilidad de los HEMT de AlGaN/GaN, mientras que el impacto de los parámetros de heteroestructura de AlGaN/GaN en Vbr es mínimo.

Files

_pdf.pdf

Files (3.9 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:58fc5b34bf89e9a0b03f745f9e9aa0c2
3.9 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تحسين تصميم ترانزستور التنقل عالي الإلكترون AlGaN/GaN ذو الجهد العالي للكسر مع طبقة تخميل عازلة عازلة للكهرباء
Translated title (French)
Optimisation de la conception du transistor à haute mobilité électronique AlGaN/GaN haute tension de claquage avec couche de passivation diélectrique isolante
Translated title (Spanish)
Optimización del diseño del transistor de alta movilidad electrónica AlGaN/GaN de alta tensión de ruptura con capa de pasivación dieléctrica aislante

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4386761417
DOI
10.1380/ejssnt.2023-061

Is supplement to
https://openalex.org/W4220740305 (Other)
https://openalex.org/W4205711580 (Other)
https://openalex.org/W3043337507 (Other)
https://openalex.org/W3032463753 (Other)
https://openalex.org/W3017792145 (Other)
https://openalex.org/W2557260613 (Other)
https://openalex.org/W2250343992 (Other)
https://openalex.org/W2153961385 (Other)
https://openalex.org/W2103281872 (Other)
https://openalex.org/W1905863001 (Other)

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Vietnam

References

  • https://openalex.org/W1676809209
  • https://openalex.org/W1977659940
  • https://openalex.org/W2005040770
  • https://openalex.org/W2010190896
  • https://openalex.org/W2020412899
  • https://openalex.org/W2042727254
  • https://openalex.org/W2056945663
  • https://openalex.org/W2078588266
  • https://openalex.org/W2096217875
  • https://openalex.org/W2105340803
  • https://openalex.org/W2111051464
  • https://openalex.org/W2117448148
  • https://openalex.org/W2137778525
  • https://openalex.org/W2141186835
  • https://openalex.org/W2147928622
  • https://openalex.org/W2148954705
  • https://openalex.org/W2167800447
  • https://openalex.org/W2188530317
  • https://openalex.org/W24774978
  • https://openalex.org/W4318189574