Optimization of the Gate Field-Plate Structure for Improving Breakdown Voltage Characteristics.

AlGaN/GaN HEMT의 항복전압특성 향상을 위한 게이트 필드플레이트 구조 최적화

갈륨-질화물 (GaN) 기반의 고 전자 이동도 트랜지스터 (High Electron Mobility Transistor, HEMT)는 GaN의 큰 밴드갭 (3.4~6.2 eV), 높은 항복전계 (Ec~3 MV/cm) 및 높은 전자 포화 속도 (saturation velocity $-107\;cm{\cdot}s-1$) 특성과 AlGaN/GaN 등과 같은 이종접합구조(Heterostructure )로부터 발생하는 높은 면밀도(Sheet Concentration)를 갖는 이차원 전자가스(Two-Dimensional Electron Gas, 2DEG) 채널로 인해 차세대 고출력/고전압 소자로서 각광받고 있다. 하지만 드레인 쪽의 게이트 에지부분에 집중되는 전계로 인한 애벌린치 할복현상(Breakdown)이 발생하는 문제점이 있다. 따라서 AlGaN/GaN HEMT의 항복전압 향상을 위한 방법으로 필드플레이트(Field-Plate) 구조가 많이 사용되고 있다. 본 논문에서는 2D 시뮬레이션을 통한 AlGaN/GaN HEMT의 필드플레이트 구조 최적화를 수행하였다. 이를 위해 ATLASTM 전산모사 프로그램을 이용하여 필드플레이트 길이, 절연체 증류 및 두께에 따른 전류 전압 특성 및 전계 분산효과에 대한 전산모사를 수행하여 그 결과를 비교, 분석 하였다, 이를 바탕으로 기존의 구조에 비해 약 300%이상 향상된 항복전압을 갖는 AlGaN/GaN HEMT의 최적화된 필드 플레이트 구조를 제안하였다.