Normally-off operations in partially-gate-recessed AlTiO/AlGaN/GaN field-effect transistors based on interface charge engineering

材料科学 光电子学 晶体管 阈值电压 绝缘体(电) 固定费用 场效应晶体管 电压 电场 半导体 电气工程 化学 物理 工程类 分子物理学 量子力学
作者
Duong Dai Nguyen,Takehiro Isoda,Yuchen Deng,T. Suzuki
出处
期刊:Journal of Applied Physics [American Institute of Physics]
卷期号:130 (1) 被引量:5
标识
DOI:10.1063/5.0054045
摘要

We report normally-off operations in partially-gate-recessed AlxTiyO(AlTiO)/AlGaN/GaN metal-insulator-semiconductor (MIS) field-effect transistors (FETs), where aluminum titanium oxide AlTiO, an alloy of Al2O3 and TiO2, is employed as a gate insulator. Since AlTiO is useful for interface charge engineering owing to a trend that the AlTiO/AlGaN interface fixed charge is suppressed in comparison with Al2O3, we investigated combining the interface charge engineering with a partial gate recess method for AlTiO/AlGaN/GaN MIS-FETs. For AlTiO with a composition of x/(x+y)=0.73, a suppressed positive interface fixed charge at the AlTiO/recessed-AlGaN interface leads to a positive slope in the relation between the threshold voltage and the AlTiO insulator thickness. As a result, we successfully obtained normally-off operations in partially-gate-recessed AlTiO/AlGaN/GaN MIS-FETs with favorable performances, such as a threshold voltage of 1.7 V, an on-resistance of 9.5Ωmm, an output current of 450 mA/mm, a low sub-threshold swing of 65 mV/decade, and a rather high electron mobility of 730cm2/Vs. The results show that the interface charge engineering in combination with partial gate recess is effective for the GaN-based normally-off device technology.

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