Die Rolle mechanischer Spannungskonzentrationen für die Strahlungsbeständigkeit von AlGaN/GaN-Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit

Mehrmaterial- und Mehrschichtsysteme wie AlGaN/GaN-High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) weisen mechanische Restspannungen auf, die durch starke Unterschiede in der Bauteilgeometrie und den Materialparametern entstehen. Diese Spannungen, die sowohl Zug- als auch Druckspannungen sein können, sind aufgrund ihres stark lokalisierten Charakters schwer zu erkennen und zu beseitigen.

Wir gehen davon aus, dass ihre hohe gespeicherte innere Energie potenzielle Stellen für die Entstehung von Defekten unter Strahlung schafft, insbesondere wenn ihre Positionen mit den elektrisch empfindlichen Bereichen eines Transistors zusammenfallen. In dieser Studie überprüfen wir diese Hypothese mithilfe von Molekulardynamiksimulationen und Experimenten, bei denen sowohl unbehandelte als auch getemperte HEMTs einer Bestrahlung mit 2,8 MeV Au+3 ausgesetzt wurden. Unser spezielles Temperverfahren nutzt den mechanischen Impuls von Elektronen, auch als Elektronenwindkraft (EWF) bezeichnet, um die Restspannungen bei Raumtemperatur zu reduzieren.

Hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Kathodolumineszenzspektren zeigen bei EWF-behandelten Bauelementen im Vergleich zu unbehandelten Bauelementen eine Verringerung von Punktdefekten und Versetzungen in der Nähe des Bereichs des zweidimensionalen Elektronengases. Die EWF-behandelten HEMTs zeigten eine vergleichsweise höhere Widerstandsfähigkeit mit einer um etwa 10 % geringeren Verschlechterung des Drain-Sättigungsstroms und des ON-Widerstands sowie einer um 5 % geringeren Verschlechterung der maximalen Transkonduktanz.

Sowohl die Mobilität als auch die Ladungsträgerkonzentration der EWF-behandelten Bauelemente wurden im Vergleich zu den unbehandelten Bauelementen weniger stark beeinträchtigt. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die geringere Dichte nanoskaliger Spannungslokalisierungen zur verbesserten Strahlungstoleranz der EWF-behandelten Bauelemente beigetragen hat. Interessanterweise wurde festgestellt, dass die EWF die Defektverteilung beeinflusst, indem sie die Defekte in Form von Versetzungsnetzwerken in elektrisch weniger empfindliche Bereiche verschiebt. Diese wirken als Senken für strahlungsinduzierte Defekte und unterstützen dadurch eine schnellere dynamische Ausheilung.

Projektdatum:

• 25.10.2024

Link:

• https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6463/ad8b58/meta