عنوان پایان‌نامه
مدلسازیGaN HEMT و بررسی روش های ساخت آن
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-الکترونیک- تکنولوژی نیمه هادی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه دانشکده برق و کامپیوتر شماره ثبت: E2010;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51495;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2010
- تاریخ دفاع
- ۱۳ مهر ۱۳۹۰
- دانشجو
- علی حق شناس گتابی
- استاد راهنما
- مرتضی فتحی پور
- چکیده
- افزاره های الکترونیکی مرسوم مبتنی بر سیلیسیم برای کاربردهای قدرت با محدودیت هایی مواجه اند. این محدودیت ها از ویژگی های فیزیکی و الکتریکی این نیمه هادی نظیر شکاف نوار انرژی کوچک و سرعت اشباعی محدود آنها نشات می گیرند و منجر به میدان شکست الکتریکی پایین در این گونه افزاره ها می گردد. در افزاره های الکترونیک قدرت نسل دوم، با بکارگیری برخی ترکیبات گروه سه- پنج مانند GaAs و InP این محدودیت ها تا حدودی بهبود پیدا کرده اند. اخیرا، GaN به لحاظ داشتن شکاف نوار انرژی بزرگ، میدان شکست الکتریکی بالا و سرعت اشباعی خوب، افق های جدیدی در زمینه افزاره های قدرت AlGaN/GaN HEMT گشوده است. با این وجود اغلب افزاره های قدرت از جمله AlGaN/GaN HEMT از اثرات نامطلوب گرمایی که سبب کاهش طول عمر و قابلیت اعتماد افزاره می گردد، رنج می برند. تحقیق حاضر، به بررسی اثرات خودگرمایی بر مشخصه جریان- ولتاژ درین افزاره های قدرت HEMT مبتنی بر GaN می پردازد. مقاومت گرمایی کل افزاره با در نظر گرفتن مقاومت گرمایی لایه منفعل ساز بررسی شده است. نتایج بررسی های انجام شده نشان می دهد که اثرات خودگرمایی افزاره به شدت به ضخامت لایه منفعل ساز و هدایت گرمایی مواد مورد استفاده در ساختار افزاره بستگی دارد. اغلب جهت کاهش تراکم ترازهای تله از فرایند منفعل سازی سطح افزاره توسط لایه های Si3N4 یا SiO2 استفاده می شود. نتایج شبیه سازی های انجام گرفته نشان می دهد که اگر به جای لایه منفعل ساز Si3N4 لایه منفعل ساز SiO2 استفاده شود جریان درین در ناحیه اشباع بیشتر کاهش می یابد. نتایج شبیه سازی های انجام گرفته نشان می دهد که مشخصه جریان درین در ولتاژ های بالا برای ساختار دارای صفحه میدان در مقایسه با ساختار بدون صفحه میدان بیشتر افت می نماید.
- Abstract
- Classical power electronic devices based on silicon encounter several limitations due to their physical and electrical properties such as small band gap and moderate saturation velocity which results in low breakdown field. In second generation power electronic devices, by employing III-V compounds such as GaAs and InP, these properties have been improved to some extent. Recently, GaN which has a large band gap, high breakdown field and a high saturation velocity has opened new horizons for development of AlGaN/GaN HEMT power devices. Generally, Power devices such as AlGaN/GaN HEMT suffer from undesirable self-heating effects which reduces device lifetime and reliability. Present research investigates the self-heating effects on current- voltage characteristics in HEMT power devices based on GaN. The total thermal resistance including passivation layer thermal resistance has been studied. The results of this investigation showed that self-heating in this device is strongly affected by the thickness of passivation layer and the thermal conductivity of materials utilized in device structure. Generally passivation process is carried out using SiO2 or Si3N4 to reduce the density of traps in the device. Our numerical simulations show that if SiO2 layer is used as passivation layer instead of Si3N4, the drain current decreases. In order to increase the gate breakdown voltage of device, usually a field plate is employed. Simulations show that drain current drops when structure with field-plate is employed.
