1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2024-29-5-616-624APTQXV621.382.323Элементы интегральной электроникиNormally-off GaN p-channel transistor for complementary pairНормально-закрытые GaN-транзисторы для комплементарной парыЕгоркин Владимир ИльичЕгоркинВладимир ИльичEgorkinVladimir I.Vladimir I. EgorkinЧуканова Ольга БорисовнаЧукановаОльга БорисовнаChukanovaOlga B.Olga B. ChukanovaНациональный исследовательский университет «МИЭТ», Россия, 124498, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, 130012026Том. 29 №5616624http://ivuz-e.ru/issues/Том 29 №5/normalno_zakrytye_gan_tranzistory_dlya_komplementarnoy_pary/

In order to solve the microminiaturization problems and to increase capacity of devices based on AlGaN/GaN heterostructures, it is necessary to produce monolithic circuits containing digital and analog parts manufactured on a single chip. The most promising method of a normally-off GaN transistor formation is to use a p-GaN gate. In this work, simulation results of normally-off n- and p-channel transistors based on GaN structure with p-GaN epitaxial layer are presented. Physical analog of normally-off transistor with p gate was calibrated as required by experiment. It has been established that current-voltage characteristics of simulated transistors differ from current-voltage characteristics of prototype hardware by no more than 20 %. The p-channel transistor design has been chosen considering that threshold voltages of the n- and p-channel transistors for a complementary pair should coincide in modulus –1 V. The possibility is shown to form a complementary pair for monolithic ICs based on the considered heterostructure with switching value 2.7 V.

Для решения задач микроминиатюризации и повышения функциональных возможностей приборов на основе гетероструктур AlGaN/GaN необходимо создавать монолитные схемы, содержащие цифровую и аналоговую части, изготовленные на едином кристалле. Наиболее перспективным способом создания нормально-закрытого GaN-транзис-тора является использование p-GaN-затвора. В работе представлены результаты моделирования нормально-закрытых n- и р-канальных транзисторов на основе GaN-структуры с р-GaN эпитаксиальным слоем. Физическая модель нормально-закрытого транзистора с р-затвором откалибрована в соответствии с экспериментом. Установлено, что ВАХ смоделированных транзисторов отличаются от ВАХ экспериментальных образцов не более чем на 20 %. Выбрана конструкция р-канального транзистора с учетом того, что пороговые напряжения n- и р-канальных транзисторов для комплементарной пары должны совпадать по модулю –1 В. Показана возможность создания на основе рассматриваемой гетероструктуры комплементарной пары с точкой переключения 2,7 В для монолитных ИС.

нормально-закрытый транзисторGaNкомплементарная параTCAD-моделированиемонолитная интегральная схемаnormally-off transistorGaNcomplementary pairTCAD simulationmonolithic integrated circuit GaN-on-Si power technology: Devices and applications / K. J. Chen, O. Häberlen, A. Lidow et al. // IEEE Transactions on Electron Devices. 2017. Vol. 64. No. 3. P. 779–795. https://doi.org/10.1109/TED.2017.2657579Mishra U. K., Shen L., Kazior T. E., Wu Y.-F. GaN based RF power devices and amplifiers // Proceedings of the IEEE. 2008. Vol. 96. No. 2. P. 287–305. https://doi.org/10.1109/JPROC.2007.911060Landford W. B., Tanaka T., Otoki Y., Adesida I. Recessed-gate enhancement-mode GaN HEMT with high threshold voltage // Electron. Lett. 2005. Vol. 41. Iss. 7. P. 449–450. https://doi.org/10.1049/el:20050161Cai Y., Zhou Y., Lau K. M., Chen K. J. Control of threshold voltage of AlGaN/GaN HEMTs by fluoride-based plasma treatment: From depletion mode to enhancement mode // IEEE Transactions on Electron Devices. 2006. Vol. 53. Iss. 9. P. 2207–2215. https://doi.org/10.1109/TED.2006.881054Roccaforte F., Greco G., Fiorenza P., Iucolano F. An overview of normally-off GaN-based high electron mobility transistors // Materials. 2019. Vol. 12. Iss. 10. Art. No. 1599. https://doi.org/10.3390/ma12101599Normally-off p-GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors using hydrogen plasma treatment / R. Hao, K. Fu, G. Yu et al. // Appl. Phys. Lett. 2016. Vol. 109. Iss. 15. Art. No. 152106. https://doi.org/10.1063/1.4964518P-channel GaN transistor based on p-GaN/AlGaN/GaN on Si / N. Chowdhury, J. Lemettinen, Q. Xie et al. // IEEE Electron Device Letters. 2019. Vol. 40. No. 7. P. 1036–1039. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2916253Gallium nitride-based complementary logic integrated circuits / Zh. Zheng, L. Zhang, W. Song et al. // Nat. Electron. 2021. Vol. 4. P. 595–603. https://doi.org/10.1038/s41928-021-00611-yDemonstration of GaN integrated half-bridge with on-chip drivers on 200-mm engineered substrates / X. Li, K. Geens, W. Guo et al. // IEEE Electron Device Letters. 2019. Vol. 40. No. 9. P. 1499–1502. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2929417High ION and ION/IOFFratio enhancement-mode buried p-channel GaN MOSFETs on p-GaN gate power HEMT platform / Zh. Zheng, W. Song, L. Zhang et al. // IEEE Electron Device Letters. 2020. Vol. 41. No. 1. P. 26–29. https://doi.org/10.1109/LED.2019.2954035The influence of 1 nm AlN interlayer on properties of the Al0.3Ga0.7N/AlN/GaN HEMT structure / L. Guo, Xiaol. Wang, C. Wang et al. // Microelectron. J. 2008. Vol. 39. Iss. 5. P. 777–781. https://doi.org/10.1016/j.mejo.2007.12.005Sentaurus device user guide: version K-2015.06. Mountain View, CA: Synopsys Inc., 2015. XLVIII, 1446 p.Greko G., Iucolano F., Roccaforte F. Ohmic contacts to gallium nitride materials // Appl. Surf. Sci. 2016. Vol. 383. P. 324–345. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2016.04.016Егоркин В. И., Земляков В. Е., Капаев В. В., Кухтяева О. Б. Моделирование нормально закрытого HEMT транзистора на основе GaN/AlGaN с p-затвором // Микроэлектроника. 2020. Т. 49. № 6. С. 474–480. https://doi.org/10.31857/S0544126920060046. – EDN: SYAAWV.High hole mobility p-type GaN with low residual hydrogen concentration prepared by pulsed sputtering / Y. Arakawa, K. Ueno, A. Kobayashi et al. // APL Mater. 2016. Vol. 4. Iss. 8. Art. No. 086103. https://doi.org/10.1063/1.4960485P-type gallium nitride by reactive ion-beam molecular beam epitaxy with ion implantation, diffusion, or coevaporation of Mg / M. Rubin, N. Newman, J. S. Chan et al. // Appl. Phys. Lett. 1994. Vol. 64. Iss. 1. P. 64–66. https://doi.org/10.1063/1.110870Yan Y. The investigation of aluminum oxide (Al2O3) as gate dielectric in ultra thin body and buried oxide (UTBB) fully depleted (FD) Silicon-on-Insulator (SOI) transistor: MSc (Electr. Eng.) diss. // Digital Master theses [Электронный ресурс]. 2019. URL: http://hdl.handle.net/2078.1/thesis:22526 (дата обращения: 24.07.2024).