HfO_2／AlGaN／GaN MOSFETのデバイスシミュレーション: HfO_2／AIGaN界面の影響

摘要

Two-dimensional device simulations of HfO_2/AlGaN/GaN MOSFETs have been carried out to investigate the operation mechanism and the effects of interface traps on the device characteristics. First, devices without the traps were studied. Although the transconductance increases with increase in the gate voltage for small V_(GS), it decreases for larger V_(GS). This is because a 2nd channel is formed at HfO_2/AlGaN interface where the electron velocity is rather low. Next, simulations for devices with donor type traps at HfO_2/AlGaN interface have been performed. The shift of the threshold voltage to the negative direction and the decrease in g_m different from previous g_m decrease are observed. The g_m decrease is caused because the increase of V_(GS) is expended to increase the trapped electrons and can not change the electron density at the AlGaN/GaN interface. Amounts of the threshold voltage shift and the g_m decrease are dependent on the trap concentration. It has been shown that if the trap concentration is less than 3.5×10~(11) cm~(-2), the threshold voltage shift is less than 0.3 V and the g_m decrease is less than 10%.%HfO_2／AlGaN／GaN MOSFETのシミュレーションを行い、デバイスの動作機構の解明及び界面トラップのデバイス特性への影響の評価を行った。V_(GS)を大きくすると最初gmは増加するが、V_(GS)をさらに大きくするとg-mは低下した。これは、HfO_2／AlGaN界面にチャネルが形成され、HfO_2／AlGaN界面の電気特性が良くないためである。また、HfO_2／AlGaN界面にDonor型のトラップが存在する場合についてもシミュレーションを行った。この場合、しきい値電圧が負側にシフトし、g_mの低下がみられた。これはV_(GS)の増加が界面トラップへの電荷注入に費やされAlGaN／GaN界面での電荷密度変調に寄与しないためである。しきい値電圧の変化量及びg_mの低下はトラップ濃度に依存し、トラップ濃度を4×10~(11) cm~(-2)以下にすれば、しきい値シフトを0．3V以下に、g_mの低下を10％以下に抑えることができることが明らかになった。