Investigations on In₀.₁₂Al₀.₈₈N/AlN/AlₓGa₁−ₓN/In₀.₁₂Al₀.₈₈N MOS-HFETs With Symmetrically-Graded Wide-Gap Channel and Drain Field-Plate Design

材料科学 频道(广播) 光电子学 领域(数学) 电子工程 工程物理 电气工程 复合材料 物理 工程类 数学 纯数学
作者
Jian-Hong Ke,Ching-Sung Lee,Han-Yin Liu,Jung‐Hui Tsai,Wei‐Chou Hsu
出处
期刊:IEEE Access [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:12: 50177-50183
标识
DOI:10.1109/access.2024.3384390
摘要

Novel In 0.12 Al 0.88 N/AlN/Al x Ga 1-x N/In 0.12 Al 0.88 N metal-oxide-semiconductor heterostructure field-effect transistors (MOS-HFETs) grown on a SiC substrate with a drain field-plate (DFP) were investigated. A symmetrically-graded Al x Ga 1-x N (x = 0.32 → 0.1 → 0.32) wide-gap channel with an In 0.12 Al 0.88 N back-barrier was devised to enhance the carrier confinement, channel conductivity, and breakdown characteristics. The MOS-gate structure, employing high-k Al 2 O 3 gate dielectric and surface passivation deposited by the non-vacuum ultrasonic spray pyrolysis deposition (USPD) technique, has resulted in enhanced gate modulation and decreased gate leakage current. A control MOS-HFET (sample A) with an equivalent Al 0.21 Ga 0.79 N channel and DFP was fabricated in comparison with the present design without/with DFP (samples B1/B2). The present sample B2 (A) has demonstrated a superior maximum drain-source current density ( IDS, max ) of 937.4 (838.8) mA/mm, maximum extrinsic transconductance ( gm, max ) of 89.6 (80.6) mS/mm, on/off-current ratio ( Ion / Ioff ) of 1.8 × 10 8 (1.3 × 10 8 ), two-terminal off-state gate-drain breakdown voltage ( BVGD ) of -530 (-490) V, three-terminal on-state drain-source breakdown voltage ( BVDS ) of 520 (465) V at 300 K, and the corresponding Baliga's figure-of-merit (BFOM) of 79.5 (39.3) MW/cm 2 . The present design is promising for high-voltage power-switching circuit applications.
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