A MIS-HEMT with PIN junction gate for enhanced threshold voltage and reduced gate leakage

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作者
Xiao Wang,Xiaolin Ren,Xinyu Wu,Mallory Lai,Luping Xiao,Fuda Liao,Chenguang He,Zhenlin Miao,Zhitao Chen
出处
期刊:Japanese Journal of Applied Physics [Institute of Physics]
卷期号:65 (15): 151002-151002
标识
DOI:10.35848/1347-4065/ae8632
摘要

Abstract This work proposes a metal-insulator-semiconductor high-electron-mobility transistor with p-type i-type n-type (PIN) junction gate (MP-HEMT) to address the limitations of p-GaN AlGaN/GaN HEMTs, where achieving high threshold voltage and low gate leakage. The simulation results demonstrate that the MP-HEMTs, featuring an extended PIN junction depletion region and an insulator layer, exhibiting a significant improvement in threshold voltage (from 1.1 V to 2.3 V) while concurrently reducing gate leakage current by two orders of magnitude (from 10 −2 to 10 −4 mA mm −1 at V GS = 5 V), and the gate forward breakdown voltage is increased from 9.9 V to 16.9 V. The structure also exhibits quasi-self-alignment properties, ensuring robust gate control irrespective of gate metal alignment. Furthermore, optimizing the insulator layer reveals that a thinner thickness coupled of a higher dielectric constant achieves an optimal trade-off between gate leakage suppression and control capability. This study presents a promising approach for developing high-performance, high-power GaN-based transistors with improved threshold voltage stability and reduced gate leakage current.
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