Luận án Nghiên cứu mô phỏng và công nghệ chế tạo transistor có độ linh động điện tử cao dựa trên GaN

ứng dụng công nghiệp khác. Như vậy, đề tài luận án tiến sĩ về công nghệ chế tạo linh kiện GaN HEMT ứng dụng cho lĩnh vực chuyển đổi năng lượng là hướng nghiên cứu rất được quan tâm hiện nay. Các kết quả nghiên cứu chính của luận án đã đạt được như sau: Bằng phương pháp mô phỏng Nguyên lý ban đầu, luận án đã thu được các kết quả có thể tổng kết lại như sau: Việc sử dụng lớp mũ GaN rất mỏng (~ 2 nm) cũng như sử dụng thành phần hợp kim Al25Ga75N đã làm gia tăng phẩm chất của linh kiện. Cấu trúc HEMT có thể làm việc ở điều kiện nhiệt độ và mật độ hạt tải cao. Đã xây dựng thành công mô hình phù hợp để mô hình hóa linh kiện HEMT và MOS-HEMT. Do đó, mô hình đã xây dựng có thể sử dụng để đưa ra các dự đoán cho các linh kiện cũng như các hệ vật liệu high-k sử dụng cho cấu trúc MOS trước khi tiến hành chế tạo thử nghiệm. Bằng phương pháp mô phỏng MD, luận án thu được kết quả như sau: Chiều dài liên kết Al-N và Ga-N trong các mẫu trong khoảng 1.82±0.05A0 và 1.87±0.05A0. Số phối trí (với nguyên tử N) chiếm ưu thế của Al và Ga đều bằng 4. Tỷ lệ thể tích lỗ hổng chiếm chỗ trong các mẫu nằm trong khoảng từ 21-26%. Sự tương đồng về mặt cấu trúc cho thấy sự hình thành vật liệu vô định hình đa nguyên với phân bố đều đặn, không có tự tích tụ của các nhóm cấu trúc riêng. Nghiên cứu đánh giá tác động của áp suất lên cấu trúc và tính chất cơ học của ô-xít HfO2. Đã thiết lập được quy trình chế tạo linh kiện GaN HEMT và chế tạo thành công linh kiện với các thông số cơ bản của linh kiện như sau: Điện trở tiếp xúc Rtx=8.34 × 10-7 Ωcm2. Dòng máng bão hòa ID=80 mA tại Vg=2 V và VDS=4.5 V. Điện thế bắt đầu bão hòa Vpinchoff ~ 5 V. Điện thế đánh thủng Vbreakdown>100 V. Công suất cực đại / đơn vị chiều dài kênh dẫn : >1 W/mm. Độ hỗ dẫn Gm=165 mS/mm tại VDS=10 V. Mật độ dòng máng bão hòa IDS~ 215 mA/mm tại VG=2 V. Tỉ số dòng máng / dòng máng bão hòa khoảng 15%. Đã chế tạo tiếp xúc Ohmic với 4 màng kim loại Ti/Al/Pd/Au Ti(20nm)/Al(200nm)/Pd(60nm)/Au(100nm) bằng phương pháp bay hơi chùm điện tử Edwards và ủ nhiệt nhanh (RTA). Qua đó, đã xác định được điện trở tiếp xúc là ρc=1.08 × 10-7Ωcm2 với độ sâu ăn mòn là 18.35 nm tại nhiệt độ ủ tối ưu là 650ºC trong khi các nghiên cứu phải dùng tới nhiệt độ ủ lên đến hơn 800ºC. Đã chế tạo tiếp xúc Schottky có diện tích 50 ×100 μm2 gồm có 2 lớp kim loại Pd/Au (50nm/150nm) bằng phương pháp bay hơi chùm điệm tử. Đã nghiên cứu, tìm hiểu và đưa ra quy trình công nghệ chế tạo linh kiện HEMT cải tiến, trong đó sử dụng lớp n+-GaN làm nắp nhằm tạo ra tiếp xúc Ohmic tốt hơn. Đã chế tạo được các cấu trúc MOS Au/ALD-HfO2/GaN/In trên đế bán dẫn Si (111) dày 200 mm với lớp màng mỏng epitaxy n-GaN dày 200 nm và khảo sát các đăng trưng điện của linh kiện. Đã chế tạo thành công lớp điện môi high-k Al2O3 trên đế Si bằng phương pháp ALD. Qua đó, chiều dày của lớp ô-xít được xác định bằng phương pháp ellipsometry. Trong đó, bề dày màng tăng tuyến tính với tốc độ tạo màng là 1.0 Å / chu kỳ ALD. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Đô Nguyễn-Trung, Thoan Nguyễn-Hoàng*, Trung Nguyễn-Ngọc, Vinh Lê-Văn, Nghiên cứu vi cấu trúc và tính chất của vật liệu Al1-xGaxN vô định hình bằng phương pháp động lực học phân tử, Tuyển tập báo cáo hội nghị Vật lý chất rắn và Khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 10 (SPMS2017-Huế), trang 400, ISBN 9778-604-95-0325-2 Nguyễn Trung Đô, Nguyễn Hoàng Thoan*, Trần Minh Quang, Đào Anh Tuấn, Nguyễn Ngọc Trung, “Xây dựng mô hình điện của transistor có độ linh động điện tử cao trên cơ sở chuyển tiếp dị thể AlGaN/GaN”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019 (600 – 607). ISBN 978-604-98-7506-9 (10/2019) Nguyễn Trung Đô, Nguyễn Hoàng Thoan*, Nguyễn Ngọc Trung, Vũ Ngọc Tước, Lê Thị Hồng Liên, “Nghiên cứu tính chất tại phân biên cấu trúc ALD-HfO2/GaN bằng phương pháp điện dung, điện áp”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2019 (608 – 612). ISBN 978-604-98-7506-9 (10/2019). Nguyen-Trung Do, Nguyen-Hoang Thoan, Tran Minh Quang, Dao Anh Tuan, Nguyen-Ngoc Trung*, An analytical model for AlGaN/GaN MOS-HEMT for high power applications. In: Parinov I., Chang SH., Long B. (eds) Advanced Materials. Springer Proceedings in Materials, vol 6. Springer, Cham. (17 June 2020; Springer Cham, ISBN978-3-030-45119-6) https://doi.org/10.1007/978-3-030-45120-2_3 (Hội nghị quốc tế, trong Index Scopus) Nguyen-Hoang Thoan, Nguyen-Trung Do, and Nguyen-Ngoc Trung* and Le Van Vinh; The structural correlation and mechanical properties in amorphous hafnium oxide under pressure, International Journal of Modern Physics B, pp 2040149-(1:8)2020. https://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217979220401499. (ISI, Q4) Thoan N.H., Do N.T., Duc T.T., Trung N.N. (2021) Deep Level Defects in GaN Grown at Low Temperature by Metalorganic Vapor Phase Epitaxy. In: Long B.T., Kim YH., Ishizaki K., Toan N.D., Parinov I.A., Vu N.P. (eds) Proceedings of the 2nd Annual International Conference on Material, Machines and Methods for Sustainable Development (MMMS2020). MMMS 2020. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-69610-8_34 (Hội nghị quốc tế, trong Index Scopus). Nguyễn Trung Đô*, Nguyễn Ngọc Trung*, Lưu Thị Lan Anh, Nguyễn Hoàng Thoan, Lê Thị Hồng Liên, Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ăn mòn đến điện trở suất tiếp giáp Ohmic của linh kiện AlGaN/GaN HEMT, tạp chí Khoa học và Công Nghệ (JST: Engineering and Technology for Sustainable Development) Volume 31, Issue 2, April 2021, pp095-100. Nguyễn Trung Đô, Nguyễn Hoàng Thoan*, Nguyễn Ngọc Trung, “Nghiên cứu tính chất bẫy bề mặt tại phân biên cấu trúc ALD Al2O3/GaN bằng phương pháp điện dung-điện áp”, Hội nghị Vật lý Chất rắn và Khoa học Vật liệu Toàn quốc – SPMS 2023 (188 – 191). ISBN 978-604-471-702-9 (11/2023) Các công trình và hoạt động khoa học khác 1. Tham gia hội nghị ACCMS-TM 2018 vào tháng 9 năm 2018, tại Đại học Quốc gia Hà Nội, NCS báo cáo với tiêu đề “Electrical properties of ALD-HfO2/GaN MOS structures”. 2. Growth and characterization of Al2O3 Ultra-Thin Film as a Passivation Layer for Silicon Solar Cells, Journal of Science & Technology (HUST), 126 (2018) 059-062, ISSN 2525-1518. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] “Renewable Energy Statistics 2018.” https://www.irena.org/publications/2018/Jul/RenewableEnergy-Statistics-2018 (accessed Dec. 27, 2018). [2] E. A. Jones, F. F. Wang, and D. Costinett, “Review of Commercial GaN Power Devices and GaN-Based Converter Design Challenges,” IEEE J. Emerg. Sel. Top. Power Electron., vol. 4, no. 3, pp. 707–719, 2016, doi: 10.1109/JESTPE.2016.2582685. [3] C. T. Ma and Z. H. Gu, “Review of GaN HEMT applications in power converters over 500 W,” Electron., vol. 8, no. 12, 2019, doi: 10.3390/electronics8121401. [4] L. Spaziani and L. Lu, “Silicon, GaN and SiC: There’s room for all: An application space overview of device considerations,” in Proceedings of the 30th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs, 2018, vol. 2018-May, pp. 8–11. doi: 10.1109/ISPSD.2018.8393590. [5] Nando Kaminski, “State of the art and the future of wide band-gap devices,” 2009 13th Eur. Conf. Power Electron. Appl., 2009. [6] Y. Zhang, “Comparison between competing requirements of gan and sic family of power switching devices,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 738, no. 1, 2020, doi: 10.1088/1757-899X/738/1/012004. [7] J. Millan, P. Godignon, X. Perpina, A. Perez-Tomas, and J. Rebollo, “A survey of wide bandgap power semiconductor devices,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 5, pp. 2155–2163, 2014, doi: 10.1109/TPEL.2013.2268900. [8] Y. C. Lin et al., “Gallium nitride (gan) high-electron-mobility transistors with thick copper metallization featuring a power density of 8.2 w/mm for ka-band applications,” Micromachines, vol. 11, no. 2, 2020, doi: 10.3390/mi11020222. [9] E. Mobility and H. Mobility, “Gallium Nitride – Worth the Hype ?,” EPAG EEE Parts Bull., vol. 4, no. 2, 2012, [Online]. Available: https://nepp.nasa.gov/files/23723/12_JPL_IEEE_Parts_Bulletin Vol 4 Is 2 June 2012.pdf [10] K. Shenai, R. S. Scott, and B. J. Baliga, “Optimum semiconductors for high-power electronics,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 36, no. 9, pp. 1811–1823, 1989, doi: 10.1109/16.34247. [11] Alex Lidow - CEO Efficient Power Conversion, “Is it the End of the Road for Silicon in Power Conversion,” 2010 6th Int. Conf. Integr. Power Electron. Syst., 2011, [Online]. Available: https://epcco.com/epc/Portals/0/epc/documents/product-training/Appnote_Si_endofroad.pdf [12] Alex Lidow - CEO Efficient Power Conversion Corporation, “GaN – the New Frontier for Power Conversion,” Bodo’s Power Syst., no. June, pp. 32–33, 2010, [Online]. Available: https://epc-co.com/epc/Portals/0/epc/documents/articles/BodosPower_June_2010.pdf [13] A. Lidow, M. de Rooij, J. Strydom, D. Reusch, and J. Glaser, GaN Transistors for Efficient Power Conversion. 2019. doi: 10.1002/9781119594406. [14] S. Dimitrijev, J. Han, H. A. Moghadam, and A. Aminbeidokhti, “Power-switching applications beyond silicon: Status and future prospects of SiC and GaN devices,” MRS Bull., vol. 40, no. 5, pp. 399–405, 2015, doi: 10.1557/mrs.2015.89. [15] S.Pimputkar, “Ammonothermal Growth of Gallium Nitride,” University of California, 2012. [16] S. Taking, “AlN / GaN MOS-HEMTs Technology,” Theses.Gla.Ac.Uk, pp. 1–175, 2012. [17] S. H. A. Chini, D. Buttari, R. Coffie and S. K. and U. K. Mishra, “12 W/mm power density AlGaN/GaN HEMTs on sapphire substrate,” Electron. Lett., vol. 40, no. 1, pp. 73–74, 2004. [18] and M. K. D. Dumka, C. Lee, H. Tserng, P. Saunier, “AlGaN/GaN HEMTs on Si substrate with 7W/mm output power density at 10 GHz,” Electron. Lett., vol. 40, no. 16, pp. 1023–1024, 2004. [19] X. Wang et al., “AlGaN/AlN/GaN/SiC HEMT structure with high mobility GaN thin layer as channel grown by MOCVD,” J. Cryst. Growth, vol. 298, no. SPEC. ISS, pp. 835–839, 2007, doi: 10.1016/j.jcrysgro.2006.10.219. [20] E. G. Turitsyna and S. Webb, “Simple design of FBG-based VSB filters for ultra-dense WDM transmission ELECTRONICS LETTERS 20th January 2005,” Electron. Lett., vol. 41, no. 2, pp. 40–41, 2005, doi: 10.1049/el. [21] H. H. Lee et al., “AlGaN/GaN high electron mobility transistor-based biosensor for the detection of C-reactive protein,” Sensors (Switzerland), vol. 15, no. 8, pp. 18416–18426, 2015, doi: 10.3390/s150818416. [22] Y. F. Wu, D. Kapolnek, J. P. Ibbetson, P. Parikh, B. P. Keller, and U. K. Mishra, “Very-high power density AlGaN/GaN HEMTs,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 48, no. 3, pp. 586–590, 2001, doi: 10.1109/16.906455. [23] M. Miyoshi et al., “Characterization of different-Al-content AlGaN/GaN heterostructures and high-electron-mobility transistors grown on 100-mm-diameter sapphire substrates by metalorganic vapor phase epitaxy,” Japanese J. Appl. Physics, Part 1 Regul. Pap. Short Notes Rev. Pap., vol. 43, no. 12, pp. 7939–7943, 2004, doi: 10.1143/JJAP.43.7939. [24] N. Sharma, S. K. Dhakad, C. Periasamy, and N. Chaturvedi, “Optimization of ohmic contacts on thick and thin AlGaN/GaN HEMTs structures,” Superlattices Microstruct., 2017, doi: 10.1016/j.spmi.2017.03.060. [25] A. Soltani et al., “Development and analysis of low resistance ohmic contact to n-AlGaN / GaN HEMT,” vol. 16, pp. 262–266, 2007, doi: 10.1016/j.diamond.2006.06.022. [26] C. Tang, G. Xie, and K. Sheng, “Study of the leakage current suppression for hybrid-Schottky / ohmic drain AlGaN / GaN HEMT,” Microelectron. Reliab., 2014, doi: 10.1016/j.microrel.2014.10.018. [27] Q. Feng, L. Li, Y. Hao, J. Ni, and J. Zhang, “The improvement of ohmic contact of Ti / Al / Ni / Au to AlGaN / GaN HEMT by multi-step annealing method,” Solid State Electron., vol. 53, no. 9, pp. 955–958, 2009, doi: 10.1016/j.sse.2009.06.002. [28] A. Taube et al., “Temperature-dependent electrical characterization of high-voltage AlGaN/GaN-on-Si HEMTs with Schottky and ohmic drain contacts,” Solid. State. Electron., vol. 111, pp. 12–17, 2015, doi: 10.1016/j.sse.2015.04.001. [29] Y. Liu, M. K. Bera, L. M. Kyaw, G. Q. Lo, and E. F. Chor, “Low resistivity Hf / Al / Ni / Au Ohmic Contact Scheme to n-Type GaN,” vol. 6, no. 9, pp. 957–960, 2012. [30] S. Sze, Semiconductor Devices: Physics And Technology, 1st Edition. John Wiley & Sons, Inc., 1985. [31] A. Bindra, “Wide-Bandgap-Based Power Devices,” IEEE Power Electron. Mag., no. March, pp. 42–47, 2015. [32] M. Su, C. Chen, and S. Rajan, “Prospects for the application of GaN power devices in hybrid electric vehicle drive systems,” Semicond. Sci. Technol., vol. 28, no. 7, 2013, doi: 10.1088/0268-1242/28/7/074012. [33] K. Nishikawa, “GaN for automotive applications,” Proc. IEEE Bipolar/BiCMOS Circuits Technol. Meet., pp. 143–150, 2013, doi: 10.1109/BCTM.2013.6798163. [34] E. A. Jones, F. Wang, and B. Ozpineci, “Application-based review of GaN HFETs,” 2nd IEEE Work. Wide Bandgap Power Devices Appl. WiPDA 2014, pp. 24–29, 2014, doi: 10.1109/WiPDA.2014.6964617. [35] T. Kachi, “Recent progress of GaN power devices for automotive applications,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 53, no. 10, 2014, doi: 10.7567/JJAP.53.100210. [36] R. Mitova, R. Ghosh, U. Mhaskar, D. Klikic, M. X. Wang, and A. Dentella, “Investigations of 600-v gan HEMT and GaN diode for power converter applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 5, pp. 2441–2452, 2014, doi: 10.1109/TPEL.2013.2286639. [37] T. Ueda, “Reliability issues in GaN and SiC power devices,” IEEE Int. Reliab. Phys. Symp. Proc., pp. 1–6, 2014, doi: 10.1109/IRPS.2014.6860629. [38] T. G. Wilson, “The evolution of power electronics,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 15, no. 3, pp. 439–446, 2000, doi: 10.1109/63.844503. [39] Y. Ohnuma, K. Orikawa, and J. I. Itoh, “A single-phase current-source PV inverter with power decoupling capability using an active buffer,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 51, no. 1, pp. 531–538, 2015, doi: 10.1109/TIA.2014.2347312. [40] GAN Systems, “Design considerations of Paralleled GaN HEMT-based Half Bridge Power Stage,” 2018. https://gansystems.com/wp-content/uploads/2018/05/GN004_Designconsiderations-of-paralleled-GaN-HEMT_20180518.pdf [41] G. Patterson and J. Roberts, “Gallium nitride - Delivering its promise in automotive applications,” IET Conf. Publ., vol. 2016, no. CP691, pp. 1–6, 2016, doi: 10.1049/cp.2016.0982. [42] N. Keshmiri, D. Wang, B. Agrawal, R. Hou, and A. Emadi, “Current Status and Future Trends of GaN HEMTs in Electrified Transportation,” IEEE Access, vol. 8, pp. 70553–70571, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2986972. [43] R. Ploss, “Power Versus Frequency,” 2011. https://www.infineon.com/dgdl/3-IFXDay 2011_Ploss.pdf?folderId=%0Adb3a30432f549109012f54c3ec1e0002&fileId=db3a30433004%0A6413013066e8a42d409a%0A [44] “GaN Technologies for Electric Vehicles,” GaN Systems, 2019. https://gansystems.com/wp-content/uploads/2020/01/GaNTechnologies-For-Electric-Vehicles-GaN-Systems-IDTechEx-201911.pdf [45] J. Roberts, “Lateral GaN Transistors - A Replacement for IGBT Devices in Automotive Applications,” PCIM Eur. 2014, 2014. [46] S. Chowdhury, “GaN electronics for next generation cars,” Ieee, 2012. available: https://tec.ieee.org/newsletter/november-december-2014/ganelectronics-for-next-generation-cars [47] P. Stumm and D. A. Drabold, “Can amorphous gan serve as a useful electronic material?,” Phys. Rev. Lett., vol. 79, no. 4, pp. 677–680, 1997, doi: 10.1103/PhysRevLett.79.677. [48] and I. D. M. Kuball, H. Mokhtari, D. Cherns, J. W. Lu, “Amorphous GaN Grown by Room Temperature Molecular Beam Epitaxy,” Jpn. J. Appl. Phys., vol. 39, no. 8R, p. 4753, 2000. [49] W. M. J. and H. J. L. K. Gurumurugan, Hong Chen, G. R. Harp, “Visible cathodoluminescence of Er-doped amorphous AlN thin films,” Appl. Phys. Lett., vol. 74, no. 20, p. 3008, 1999. [50] and K. O. T. Miyazaki, K. Takada, S. Adachi, “Properties of radio-frequency-sputter-deposited GaN films in a nitrogen∕hydrogen mixed gas,” J. Appl. Phys., vol. 97, no. 9, 2005. [51] D. A. D. Bin Cai, “The properties of amorphous GaN,” Condens. Matter, 2011, [Online]. Available: arxiv:1103.1634 [52] M. Durandurdu, “Uncovering Nanoclusters in Amorphous AlN: An Ab Initio Study,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 98, no. 4, pp. 1095–1098, 2014. [53] M. Durandurdu, “Polyamorphism in Aluminum Nitride: A First Principles Molecular Dynamics Study,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 99, no. 5, pp. 1594–1600, 2016. [54] S. Zhang and N. Chen, “Lattice inversion for interatomic potentials in AlN, GaN and InN,” Chem. Phys., vol. 309, no. 2, pp. 309–321, 2005. [55] H. Lee and W. Cai, “Ewald summation for Coulomb interactions in a periodic supercell,” Lect. Notes, Stanford Univ., vol. 3, no. 1, pp. 1–12, 2009, [Online]. Available: [56] K. Chen and D. A. Drabold, “First principles molecular dynamics study of amorphous AlxGa1−xN alloys,” J. Appl. Phys., vol. 91, no. 12, p. 9743, 2002, doi: 10.1063/1.1478132. [57] J. I. Pankove and T. D. Mousrakas, Gallium-Nitride (GaN) II, Acadamic E. 1999. [58] Takafumi Yao and S.-K. Hong, Oxide and Nitride Semiconductors Processing, Properties, and Applications. 2009. [59] E. Bakir Kandemir, B. Gonul, G. T. Barkema, K. M. Yu, W. Walukiewicz, and L. W. Wang, “Modeling of the atomic structure and electronic properties of amorphous GaN1-xAsx,” Comput. Mater. Sci., vol. 82, pp. 100–106, 2014, doi: 10.1016/j.commatsci.2013.09.039. [60] T. H. Nguyen, V. V. Le, and T. N. Nguyen, “Molecular dynamics simulation of structural properties in amorphous HfO 2 under cooling process,” Vacuum, vol. 161, no. November 2018, pp. 251–258, 2019, doi: 10.1016/j.vacuum.2018.12.028. [61] V. V. Le, V. H. Nguyen, V. H. Nguyen, and K. H. Pham, “The structure and mechanical properties in amorphous alumina under pressure,” Comput. Mater. Sci., vol. 79, pp. 110–117, 2013, doi: 10.1016/j.commatsci.2013.06.019. [62] Y. Wang, F. Zahid, J. Wang, and H. Guo, “Structure and dielectric properties of amorphous high-κ oxides: HfO 2, ZrO 2, and their alloys,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys., vol. 85, no. 22, pp. 1–5, 2012, doi: 10.1103/PhysRevB.85.224110. [63] L. C. Gallington et al., “The structure of liquid and amorphous hafnia,” Materials (Basel)., vol. 10, no. 11, 2017, doi: 10.3390/ma10111290. [64] T. J. Chen and C. L. Kuo, “First principles study of the structural, electronic, and dielectric properties of amorphous HfO2,” J. Appl. Phys., vol. 110, no. 6, 2011, doi: 10.1063/1.3636362. [65] J. P. Trinastic, R. Hamdan, Y. Wu, L. Zhang, and H. P. Cheng, “Unified interatomic potential and energy barrier distributions for amorphous oxides,” J. Chem. Phys., vol. 139, no. 15, pp. 0–10, 2013, doi: 10.1063/1.4825197. [66] D. Ceresoli and D. Vanderbilt, “Structural and dielectric properties of amorphous ZrO2 and HfO2,” Phys. Rev. B - Condens. Matter Mater. Phys., vol. 74, no. 12, pp. 2–7, 2006, doi: 10.1103/PhysRevB.74.125108. [67] C. Wang, M. Zinkevich, and F. Aldinger, “The Zirconia-Hafnia system: DTA measurements and thermodynamic calculations,” J. Am. Ceram. Soc., vol. 89, no. 12, pp. 3751–3758, 2006, doi: 10.1111/j.1551-2916.2006.01286.x. [68] G. Broglia, G. Ori, L. Larcher, and M. Montorsi, “Molecular dynamics simulation of amorphous HfO2 for resistive RAM applications,” Model. Simul. Mater. Sci. Eng., vol. 22, no. 6, 2014, doi: 10.1088/0965-0393/22/6/065006. [69] “NanoHub.” https://nanohub.org/ [70] “Nano2D.” [71] “NextNano3D.” [72] “DFTB-NEGF.” https://dftb.org/codes/ [73] “TiberCad.” [74] C. S. Chang and H. R. Fetterman, “An Analytic Model for HEMT’s Using New Velocity-Field Dependence,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 34, no. 7, pp. 1456–1462, 1987, doi: 10.1109/T-ED.1987.23106. [75] R. A. Giblin, E. F. Scherer, and R. L. Wierich, “Computer Simulation of Instability and Noise in High-Power Avalanche Devices,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 20, no. 4, pp. 404–418, 1973, doi: 10.1109/T-ED.1973.17663. [76] H. S. Yoon et al., “Characterization of 0.18-μm gate length AlGaN/GaN HEMTs on SiC fabricated using two-step gate recessing,” J. Korean Phys. Soc., vol. 71, no. 6, pp. 360–364, 2017, doi: 10.3938/jkps.71.360. [77] R. Hochman, “Thinking of Global Aid as Population Health,” Health Prog., vol. 96, no. 3, pp. 87–88, 2015. [78] D. Jana, S. Porwal, and T. K. Sharma, “Compensation of unintentional donors in AlGaN/GaN HEMT structures by Mg-doping during initial growth of GaN buffer layer,” J. Lumin., pp. 2–4, 2017, doi: 10.1016/j.jlumin.2019.116904. [79] F. Berthet et al., “Characterization and analysis of electrical trap related effects on the reliability of AlGaN/GaN HEMTs,” Solid. State. Electron., vol. 72, pp. 15–21, 2012, doi: 10.1016/j.sse.2011.12.002. [80] “No Title.” www.oxford-instruments.com [81] DIETER K. SCHRODER, MATERIAL AND DEVICE SEMICONDUCTOR MATERIAL AND DEVICE Third Edition. John Wiley & Sons, Inc., 2006. [82] R. Madadi, R. Faez, and S. Marjani, “Dc and microwave noise characteristics of AlGaN/GaN HEMT with AlN and InGaN interlayers,” 22nd Iran. Conf. Electr. Eng. ICEE 2014, vol. 1, no. ICEE, pp. 480–483, 2014, doi: 10.1109/IranianCEE.2014.6999589. [83] C.-Y. Chiang, H.-T. Hsu, and E. Y. Chang, “Effect of Field Plate on the RF Performance of AlGaN/GaN HEMT Devices,” Phys. Procedia, vol. 25, pp. 86–91, 2012, doi: 10.1016/j.phpro.2012.03.054. [84] H. Shih, F. Chu, A. Das, C. Lee, M. Chen, and R. Lin, “Atomic Layer Deposition of Gallium Oxide Films as Gate Dielectrics in AlGaN / GaN Metal – Oxide – Semiconductor High-Electron- Mobility Transistors,” Nanoscale Res. Lett., 2016, doi: 10.1186/s11671-016-1448-z. [85] F. G. Mosfets, “Fully-vertical GaN-on-Si power MOSFETs,” IEEE Electron Device Lett., vol. PP, p. 1, 2019, doi: 10.1109/LED.2019.2894177. [86] K. Iwamoto, Y. Kamimuta, A.Ogawa, Y. Watanabe, S. Migita, W. Mizubayashi, Y. Morita, M. Takahashi, H. Ota, T. Nabatame et al., “Experimental evidence for the flatband voltage shift of high-k metal-oxide-semiconductor devices due to the dipole formation at the high-k∕SiO2 interface,” Appl. Phys. Lett., vol. 92, 2008. [87] Thoan Nguyen Hoang, “Charge traps at interfaces of high-mobility semiconductor channels with oxide insulators,” KU Leuven, 2013. [88] and T. T. K. Tanaka, M. Ishida, T. Ueda, “Effects of Deep Trapping States at High Temperatures on Transient Performance of AlGaN / GaN Heterostructure Field-Effect Transistors Effects of Deep Trapping States at High Temperatures on Transient Performance,” vol. 07. [89] M. Borga et al., “Modeling of gate capacitance of GaN-based trench-gate vertical metal-oxide-semiconductor devices,” 2020. [90] Comprehensive Materials Processing. 2014. [91] M. Leskel and M. Ritala, “Atomic layer deposition ( ALD ) : from precursors to thin film structures,” vol. 409, pp. 138–146, 2002. [92] “Atomic Layer Deposition (ALD).” [93] D. M. Hausmann, E. Kim, J. Becker, and R. G. Gordon, “Atomic Layer Deposition of Hafnium and Zirconium Oxides Using Metal Amide Precursors,” no. 14, pp. 4350–4358, 2002. [94] A. B. Khatibani and S. M. Rozati, “Materials Science in Semiconductor Processing Growth and molarity effects on properties of alumina thin films obtained by spray pyrolysis,” Mater. Sci. Semicond. Process., vol. 18, pp. 80–87, 2014, doi: 10.1016/j.mssp.2013.11.009. [95] E. G. Gauglitz, Handbook of Spectroscopy Near-Infrared Spectroscopy Handbook of Analytical Techniques In-situ Spectroscopy in Heterogeneous Catalysis. 2003. [96] B. P. Dhonge et al., “Applied Surface Science Spray pyrolytic deposition of transparent aluminum oxide ( Al 2 O 3 ) films,” Appl. Surf. Sci., vol. 258, no. 3, pp. 1091–1096, 2011, doi: 10.1016/j.apsusc.2011.09.040. [97] Thoan Nguyen Hoang, “Charge traps at interfaces of high-mobility semiconductor channels with oxide insulators,” 2013. [98] E. H. Nicolli and J. R. Brews, MOS Physics and Technology, Wiley. New York, 2002. [99] N. H. Thoan, “Charge traps at interfaces of high-mobility semiconductor channels with oxide insulators,” University of Leuven - KU Leuven, 2013. [100] N. H. Thoan, K. Keunen, V. V. Afanas’ev, and A. Stesmans, “Interface state energy distribution and Pb defects at Si(110)/SiO2 interfaces: Comparison to (111) and (100) silicon orientations,” J. Appl. Phys., vol. 109, no. 1, 2011, doi: 10.1063/1.3527909. [101] T. F. Schulze, C. Leendertz, N. Mingirulli, L. Korte, and B. Rech, “Impact of Fermi-level dependent defect equilibration on Voc of amorphous/crystalline silicon heterojunction solar cells,” Energy Procedia, vol. 8, no. i, pp. 282–287, 2011, doi: 10.1016/j.egypro.2011.06.137. [102] B. R. and L. K. C. Leendertz, N. Mingirulli, T. F. Schulze, J. P. Kleider, “Discerning passivation mechanisms at a-Si:H/c-Si interfaces by means of photoconductance measurements,” Appl. Phys. Lett., vol. 98, no. 20, 2011. [103] and A. S. N. H. Thoan, M. Jivanescu, B. J. O’Sullivan, L. Pantisano, I. Gordon, V. V. Afanas’ev, “Correlation between interface traps and paramagnetic defects in c-Si/a-Si:H heterojunctions,” Appl. Phys. Lett., vol. 100, no. 14, 2012. [104] E. H. Nicollian, MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology. 2003. [105] M. R. Hasan, A. Motayed, M. S. Fahad, and M. V. Rao, “Fabrication and comparative study of DC and low frequency noise characterization of GaN/AlGaN based MOS-HEMT and HEMT,” J. Vac. Sci. Technol. B, Nanotechnol. Microelectron. Mater. Process. Meas. Phenom., vol. 35, no. 5, p. 052202, 2017, doi: 10.1116/1.4998937. Phụ Lục Một số hệ thiết bị chính sử dụng trong luận án 1. Hệ đo đặc trưng I-V (Trường ĐHBK Hà Nội) Hệ Keithley 2602 (Dual-channel system Source Meter), Hệ Keithley 4300 + Probes Station; Xuất xứ: Mỹ Cấu hình thiết bị: Đo dòng, thế 2 kênh Công suất tối đa của mỗi kênh 40 W (40V,1A) Dòng đo/nguồn: 1.01 A Điện thế đo/nguồn: 0-40V Tín hiệu nhiễu 10Hz-20MHz Cổng kết nối máy tính GPIB Phụ kiện kèm theo: Dây nối đất (Ground connection cable, banana to Screw-Lug) Dây chống nhiễu (Protective shield/cap (3-lug)) Đầu cấm an toàn (Safety interlock plug) Dây đo giảm nhiễu (Low noise triax input cable) Dây nguồn công suất (High voltage banana cable set for voltage source output) 2. Hệ đo thông số linh kiện bán dẫn Đo các thông số và các đặc tuyến của các linh kiện bán dẫn và các cảm biến. Ký mã hiệu: HP 4156A, Hewlett Packard., Nhật bản Thông số kỹ thuật: Dòng tối thiểu 10-15 A Điện áp đo được tối thiểu: 10 mV 3. Hệ ăn mòn khô (OXYGEN PLASMA); Hãng sản xuất: ĐH Twente, Hà lan 4. Hệ quay phủ (Spinner Unit), Hãng sản xuất: TANAKA – JAPAN Quay phủ photoresist Đế quay phủ lên tới 100 mm 5. Máy Quang khắc 2 mặt (Double Side Align System PEM-800); UNION – JAPAN Tạo hình dạng cấu trúc màng mỏng kích cỡ micro trên cả 2 mặt đế Công suất nguồn chiếu sángUV 12 mW/cm² Đèn UV 250W Chế độ quang khắc: Hard/soft, contact Quang khắc mặt sau 6. Hệ thống ăn mòn khô Plasma mật độ cao (RIE-SYSTEM), SAMCO, JAPAN Ăn mòn sâu Si, đường kính phiến 100 mm 7. Hệ ALD reactor of Syskey Technology Co., Ltd. (Viện AIST, ĐHBK Hà Nội) Chế tạo màng điện môi Al2O3, HfO2 8. Thiết bị lắng động bằng phương pháp chùm tia điện tử (Electron Beam Deposition System): BOC Edwards; Model: Auto500 - Viện Vật lý Kỹ thuật, ĐH Bách khoa Hà Nội. 9. Lò nung nhiệt độ cao (ủ nhiệt nhanh): Viện Vật lý Kỹ thuật, ĐH Bách khoa Hà Nội. Model LE 2/11; Nabertherm/ Đức 10. Hệ thiết bị Vector Network Analyzers: ĐH Quốc gia Singapore. 11.Các điện cực của linh kiện HEMT bao gồm: Điện cực nguồn và máng có cấu trúc Ti(20 nm)/Al(200 nm)/Pd(60 nm)/Au (100 nm). Quy trình công nghệ chế tạo linh kiện HEMT sử dụng lớp n+ - GaN làm nắp để tạo ra tiếp xúc Ohmic tốt hơn (Quy trình công nghệ cải tiến). Trình tự Nội dung thực hiện Hình vẽ minh họa Mô tả công nghệ Bước 1 Ăn mòn chế tạo cấu trúc MESA MASK1 - Phủ càm quang AZ5214 (1,4 micron), tốc độ quay 3000 vòng/phút trong 20 giây. -Sấy sơ bộ ở 850C trong 10 phút. - Tiến hành quang khắc sử dụng MASK1. - Sấy lần 2 ở 1200C trong 30 phút. - Thực hiện quá trình ăn mòn ICP bằng khí Cl2/Ar (Bảng 1). - Tẩy bỏ cảm quang bằng plasma. - Sử dụng dung dịch HCl : H2O (1:1) trong 1 phút để làm sạch lớp oxit tự nhiên và các tạp chấp bám trên bằ mặt phiến bán dẫn. Bước 2 Chế tạo điện cực nguồn (D) và máng (S), chế tạo tiếp xúc Ohmic sử dụng kỹ thuật bay hơi kim loại bằng chum điện tử (EBD) MASK 2 - Phủ càm quang AZ5214 (1,4 micron), tốc độ quay 3000 vòng/phút trong 20 giây. -Sấy sơ bộ ở 850C trong 10 phút. - Tiến hành quang khắc sử dụng MASK2. - Sấy lần 2 ở 120oC trong 30 phút. - Sử dụng kỹ thuật bay hơi kim loại bằng chùm điện tử (E-beam), phủ các lớp kim loại Ti/Al/Pd/Au. - Lift-off: Dùng acetone và bể rửa siêu âm để loại bỏ phần kim loại không làm điện cực. - Thực hiện quá trình ủ nhiệt nhanh (800-850oC), môi trường N2 để nhận được tiếp xúc Ohmic. Bước 3 Quang khắc mở cửa sổ cho điện cực cổng .(G). Bay hơi kim loại bằng chùm điện tử (EBD) để chế tạo điện cực Schottky. MASK 3 - Phủ càm quang AZ5214 (1,4 micron), tốc độ quay 3000 vòng/phút trong 20 giây. -Sấy sơ bộ ở 850C trong 10 phút. - Tiến hành quang khắc sử dụng MASK3. - Sấy lần 2 ở 120oC trong 30 phút. - Sử dụng kỹ thuật bay hơi kim loại bằng chùm điện tử (E-beam), phủ các lớp kim loại Ni/Au. - Lift-off: Dùng acetone và bể rửa siêu âm để loại bỏ phần kim loại không làm điện cực. - Thực hiện quá trình ủ nhiệt nhanh (800-850oC), môi trường N2 để nhận được tiếp xúc Schottky (G). Bước 4 Thụ động hóa bề mặt - Phủ lớp vật liệu Si3N4 bằng kỹ thuật phún xạ nhằm bảo vệ bề mặt linh kiện. Các bước công nghệ chế tạo chính bao gồm: Quang khắc sử dụng cảm quang AZ5214 (1.4 micron) Xử lý, loại bỏ cảm quang trên bề mặt: Tẩy bỏ cảm quang bằng plasma Sử dụng dung dịch HCl:H2O (1:1) trong 1 phút để làm sạch lớp ô xit tự nhiên và các tạp chất bám trên bề mặt phiến bán dẫn Phủ điện cực kim loại: 20/120/40/50 nm Ti/Al/Pd/Au sử dụng kỹ thuật bay hơi kim loại bằng chùm điện tử (E-beam) Lift-off: Dùng acetone và bể rửa siêu âm để loại bỏ phần kim loại không làm điện cực Sử dụng quá trình ủ nhiệt nhanh (800-850oC), môi trường N2 để nhận được tiếp xúc Ohmic.