High-BFOM GaN p-channel MOSFETs enabled by ALD Ga2O3 gate dielectric

材料科学 光电子学 电介质 栅极电介质 磁滞 宽禁带半导体 原子层沉积 功勋 高-κ电介质 MOSFET 逻辑门 随时间变化的栅氧化层击穿 表征(材料科学) 击穿电压 介电强度 栅氧化层 图层(电子) 氮化镓 功率半导体器件 电压 阈值电压 GSM演进的增强数据速率 场效应晶体管 压力(语言学)
作者
Shisong Luo,Zonghao Zhang,Chufan Qiu,Tao Li,Cheng Chang,Qinyuan Jiang,Lucas Lau,Md Jahidul Hoq Emon,Rummanur Rahad,Shengxi Huang,Yuji Zhao
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:129 (2)
标识
DOI:10.1063/5.0337856
摘要

We report high-performance GaN p-channel MOSFETs enabled by atomic layer deposited (ALD) Ga2O3 as a high-k gate dielectric. The devices achieve a high Baliga's figure of merit of 0.43 MW/cm2 with a breakdown voltage exceeding 200 V. Minimal hysteresis (<100 mV) is observed in both I–V and C–V characteristics, indicating a high-quality Ga2O3/p-GaN interface with a low interface trapped charge density. Material characterization confirms the formation of a dense and uniform Ga2O3 dielectric with excellent interfacial integrity. The devices exhibit well-defined transfer and output characteristics with clear pinch-off and stable off-state leakage. Post-breakdown analysis and TCAD simulations reveal that electric-field crowding at the gate edge governs device failure. These results establish ALD Ga2O3 as a promising gate dielectric for high-voltage GaN complementary power electronics.

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