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Investigation on interface charges in SiN/AlxGa1−xN/GaN heterostructures by analyzing the gate-to-channel capacitance and the drain current behaviors
Journal of Applied Physics ( IF 3.2 ) Pub Date : 2021-09-09 , DOI: 10.1063/5.0058019 Bledion Rrustemi 1, 2 , Marie-Anne Jaud 1 , François Triozon 1 , Clémentine Piotrowicz 1 , William Vandendaele 1 , Charles Leroux 1 , Cyrille Le Royer 1 , Jérôme Biscarrat 1 , Gérard Ghibaudo 2
Journal of Applied Physics ( IF 3.2 ) Pub Date : 2021-09-09 , DOI: 10.1063/5.0058019 Bledion Rrustemi 1, 2 , Marie-Anne Jaud 1 , François Triozon 1 , Clémentine Piotrowicz 1 , William Vandendaele 1 , Charles Leroux 1 , Cyrille Le Royer 1 , Jérôme Biscarrat 1 , Gérard Ghibaudo 2
Affiliation
In SiN/AlGaN/GaN heterostructures, the evaluation of interface charges at the SiN/AlGaN and AlGaN/GaN interfaces is crucial since they both rule the formation of the two-dimensional electron gas (2DEG) at the AlGaN/GaN interface. In this paper, we conducted a thorough analysis of the gate-to-channel capacitance CGC(VG) and of the drain current ID(VG) over a gate voltage VG range enabling the depletion of the 2DEG and the formation of the electron channel at the SiN/AlGaN interface. This work includes the establishment of analytical equations for (formation of the 2DEG) and (formation of the electron channel at the SiN/AlGaN interface) as a function of interface charges and of the p-doping below the 2DEG. The inclusion of the p-doped layer below the 2DEG and the use we made of have not been reported in previous studies. Our analysis allows a reliable estimate of the interface charges at the AlxGa1−xN/GaN and SiN/AlxGa1−xN interfaces for various Al concentrations as well as to demonstrate that the polarization charge at the SiN/AlxGa1−xN interface is compensated, which confirms previous findings. Moreover, this compensation is found to be induced by the AlGaN layer rather than the SiN layer.
中文翻译:
通过分析栅沟道电容和漏电流行为研究 SiN/AlxGa1−xN/GaN 异质结构中的界面电荷
在 SiN/AlGaN/GaN 异质结构中,SiN/AlGaN 和 AlGaN/GaN 界面的界面电荷评估至关重要,因为它们都决定了 AlGaN/GaN 界面处二维电子气 (2DEG) 的形成。在本文中,我们对栅极-沟道电容C GC ( V G ) 和漏极电流I D ( V G ) 在栅极电压V G范围内进行了彻底分析,从而使 2DEG 耗尽并形成SiN/AlGaN 界面处的电子通道。这项工作包括建立解析方程 (2DEG的形成)和 (在 SiN/AlGaN 界面形成电子通道)作为界面电荷和 2DEG 以下 p 掺杂的函数。在 2DEG 下方包含 p 掺杂层以及我们使用的在以往的研究中未见报道。我们的分析允许对不同 Al 浓度的 Al x Ga 1-x N/GaN 和 SiN/Al x Ga 1-x N 界面处的界面电荷进行可靠估计以及证明 SiN/Al x Ga 1-x N 界面处的极化电荷得到补偿,这证实了先前的发现。此外,发现这种补偿是由 AlGaN 层而不是 SiN 层引起的。
更新日期:2021-09-15
中文翻译:
通过分析栅沟道电容和漏电流行为研究 SiN/AlxGa1−xN/GaN 异质结构中的界面电荷
在 SiN/AlGaN/GaN 异质结构中,SiN/AlGaN 和 AlGaN/GaN 界面的界面电荷评估至关重要,因为它们都决定了 AlGaN/GaN 界面处二维电子气 (2DEG) 的形成。在本文中,我们对栅极-沟道电容C GC ( V G ) 和漏极电流I D ( V G ) 在栅极电压V G范围内进行了彻底分析,从而使 2DEG 耗尽并形成SiN/AlGaN 界面处的电子通道。这项工作包括建立解析方程 (2DEG的形成)和 (在 SiN/AlGaN 界面形成电子通道)作为界面电荷和 2DEG 以下 p 掺杂的函数。在 2DEG 下方包含 p 掺杂层以及我们使用的在以往的研究中未见报道。我们的分析允许对不同 Al 浓度的 Al x Ga 1-x N/GaN 和 SiN/Al x Ga 1-x N 界面处的界面电荷进行可靠估计以及证明 SiN/Al x Ga 1-x N 界面处的极化电荷得到补偿,这证实了先前的发现。此外,发现这种补偿是由 AlGaN 层而不是 SiN 层引起的。