Zaprezentowane w 2001 roku komercyjnie dostępne diody Schottky’ego wykonane w technologii węglika krzemu (SiC), w szybkim tempie wyparły krzemowe diody p-i-n w nowoczesnych przekształtnikach energoelektronicznych pracujących przy napięciu do 1200 V [1,2]. Diody te znalazły zastosowanie przede wszystkim w układach do korekcji współczynnika mocy (PFC) zasilaczy impulsowych [3], w falownikach pracujących w systemach fotowoltaicznych [4] oraz w układach sterowania silnikami elektrycznymi [5], gdzie współpracują typowo jako diody zwrotne z tranzystorami typu MOSFET lub IGBT. Główną zaletą diod Schottky’ego SiC w porównaniu z krzemowymi diodami p-i-n okazała się mniejsza pojemność złącza i w efekcie małe straty mocy przy przełączaniu [6]. Krzemowe diody Schottky’e[...]

  Barium titanate (BT) ceramic because of a high dielectric constant, refractive index values and piezoelectricity is a very interesting material for potential applications in gas sensors, capacitors, actuators, communication system and other electro- optical devices [1, 2]. Recently BT has been also attracted for potential application in dynamic random access memories (DRAM) and high speed ferroelectric random access memories (FeRAM) [3, 4]. For the above mentioned applications producing of BT thin films is usually required. Barium titanate as thin films is obtained either in amorphous or polycrystalline structure and shows significantly worse electrical properties comparing to bulk or thick film form. Moreover, in case of thin BT films, there are problems with the uniform chemical composition what causes their weaker piezoelectric effect, lower values of the dielectric constant (typically less than 50) [5]), higher leakage current and lower dielectric strength than for barium titanate bulk form. However, its dielectric constant is still much higher than that for silicon dioxide. There are several techniques that can be applied in BT thin layers producing. Among the most commonly used methods are: metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) [6, 7], molecular beam epitaxy (MBE) [8], hydrothermal [9, 10], sol-gel [5, 11], radio frequency (RF) sputtering [12] and pulsed laser [13] methods. This work presents results of investigations of Ba- TiO3 thin films with La2O3 admixture, deposited on Si substrates by means of Radio Frequency Plasma Sputtering (RF PS). Admixture of La2O3 was added to increase dielectric constant. Experimental details The titanium electrode was vacuum-evaporated on bottom side of the p-type Si (<100>, ρ = 2-10 Ωcm) substrate. Next, thin barium titanate films were deposited on silicon using Radio Frequency Plasma Sputtering of sintered BaTiO3 + La2O3 (2% wt.) target in an argon plasma environme[...]

  Tranzystory MOSFET posiadają obecnie 30% udziału w rynku dyskretnych, półprzewodnikowych przyrządów mocy. Podstawowym ograniczeniem tranzystorów MOSFET wytwarzanych w technologii krzemowej jest ich graniczna częstotliwość pracy związana z pojemnością obszaru aktywnego, który musi posiadać odpowiednio dużą grubość i niskie domieszkowanie, aby zapewnić wysokie napięcie przebicia na poziomie powyżej 900 V. Zmniejszenie tej pojemności jest możliwe poprzez zastosowanie materiałów półprzewodnikowych z szeroką przerwą zabronioną, które charakteryzują się znacznie większą wartością krytycznego pola elektrycznego. Dziesięciokrotnie większa wartość tego parametru w przypadku węglika krzemu pozwala jednocześnie na średnio 200-krotne zwiększenie poziomu domieszkowania obszaru aktywnego oraz kilkukrotne zmniejszenie grubości obszaru aktywnego. Zmiana materiału półprzewodnikowego prowadzi do obniżenia rezystancji kanału tranzystora MOSFET w stanie włączenia i zmniejszenia przełączanej pojemności. Na zmniejszenie pasożytniczej pojemności wpływa także redukcja powierzchni zajmowanej przez tranzystor, ponieważ gęstość prądu przekracza znacznie wartość 1 A/mm2, która to wartość stanowi w zasadzie górną granicę w przypadku tranzystorów MOSFET Si. Dzięki temu można zmniejszyć wyraźnie statyczne straty mocy w stanie przewodzenia, ale przede wszystkim redukuje się w ten sposób starty dynamiczne przy przełączaniu tranzystora. Elementy półprzewodnikowe mocy wykonywane są typowo w topologii wertykalnej. Prezentowane szeroko w literaturze, w okresie ostatniej dekady, dwie konkurujące ze sobą topologie wertykalnych tranzystorów mocy MOSFET SiC posiadają swoje wyraźne zalety i wady. Podstawową zaletą tranzystorów typu UMOSFET SiC jest potencjalnie większa szybkość przełączania i mniejsza rezystancja w stanie włączenia wynikająca z większej ruchliwości nośników Konstrukcja i modelowanie tranzystorów wertykalnych DIMOSFET w węgliku krzemu mgr inż. AN[...]

  Mimo obecności na rynku komercyjnie dostępnych tranzystorów HEMT na bazie azotku galu prowadzone są prace nad optymalizacją konstrukcji oraz dalszą poprawą parametrów tych przyrządów. Proces optymalizacji struktury przyrządu wymaga uwzględnienia wielu parametrów konstrukcyjnych. Zwiększa to koszty i czas jego realizacji. Stąd bardzo duże zainteresowanie zastosowaniem symulacji komputerowych do modelowania przyrządów półprzewodnikowych na bazie azotku galu. Obecnie na rynku istnieje wiele symulatorów przyrządów półprzewodnikowych, takich jak np. MEDICI i Sentaurus Device firmy Synopsys, czy ATLAS firmy Silvaco [1]. W każdym z nich zaimplementowano moduły i parametry materiałowe służące do symulacji przyrządów z azotku galu. Jednakże, duża część zaimplementowanych wartości parametrów modeli, jak i samych właściwości GaN i azotków z grupy III-N rożni się istotnie od danych eksperymentalnych bądź oszacowanych przy pomocy symulacji metodą Monte Carlo. Modelowanie oraz symulacje tranzystorów HEMT na bazie azotków stanowią od lat poważne wyzwanie. Wynika to z dużej liczby parametrów tranzystora zależnych od właściwości danego materiału a także z konieczności uwzględniania specyficznych właściwości azotków i budowanych na ich bazie hetero struktur, takich jak zjawiska polaryzacji efekty cieplne czy efekty kwantowe w obszarze kanału tranzystora. W pracy przedstawiono wyniki symulacji charakterystyk elektrycznych tranzystora HEMT na bazie heterostruktury Al0.28Ga0.72N/GaN. W pierwszej części artykułu przedstawiono wpływ przewodności cieplnej podłoża na charakterystyki tranzystora HEMT Al0.28Ga0.72N/GaN. Druga część artykułu dotyczy badania wpływu poziomu domieszkowania warstwy barierowej oraz trawienia warstwy barierowej pod kontaktem bramki na charakterystyki elektryczne tranzystora HEMT. Wykonano także symulacje charakterystyk tranzystora MOS-HEMT dla różnych grubości oraz wartości stałych[...]

  W celu poprawy parametrów tranzystorów HEMT na bazie GaN opracowano nowe, bardziej zaawansowane struktury. Należą do nich m.in. struktury z domieszkowaną warstwą AlxGa1-xN oraz tranzystory z heterostrukturą AlxGa1-xN/AlN/GaN. Tranzystory HEMT na bazie GaN są typowo tranzystorami normalnie włączonymi z kanałem wbudowanym. Ogranicza to zastosowanie tych przyrządów w układach cyfrowych oraz zwiększa stopnień złożoności układów analogowych. W celu uzyskania tranzystora z kanałem zbogacanym stosowane m.in. trawienie warstwy barierowej pod kontaktem bramki [2]. Powoduje to zmniejszenie koncentracji 2DEG pod kontaktem bramki w rezultacie prowadząc do zwiększenia napięcia progowego Vth do wartości powyżej 0 V. Zastosowanie w tranzystorze HEMT bramki MIS zamiast bramki Schottky’ego powoduje zmniejszenie prądu upływu bramki w stanie włączenia tranzystora, co powoduje zwiększenie maksymalnego napięcia bramki prowadząc do zwiększenia prądu wyjściowego tranzystora. Zastosowanie bramki MIS zmniejsza także niekorzystny efekt spadku prądu po poddaniu struktury stresom napięciowym (tzw. efekt current collapse) [3, 4]. W drugiej części artykułu przedstawiono wyniki symulacji bardziej złożonych struktur HEMT. Przeprowadzono symulacje tranzystora HEMT Al0.28Ga0.72N/GaN z domieszkowaną warstwą barierową i różną głębokością trawienia warstwy barierowej w obszarze bramki oraz tranzystora MOS-HEMT z warstwą dielektryka podbramkowego o różnej stałej dielektrycznej i różnej grubości. Wpływ domieszkowania warstwy Al0.28Ga0.72N na charakterystyki tranzystora HEMT Przyjmując strukturę tranzystora identyczną jak w pierwszej części artykułu wykonano symulację dla koncentracji domieszki równej kolejno 5×1017 cm-[...]

  Tranzystory HEMT na bazie heterostruktury AlGaN/GaN, ze względu na wysoką wartość krytycznego pola elektrycznego azotków z grupy III -V oraz na wysoką gęstość i ruchliwość nośników tworzących dwuwymiarowy gaz elektronowy (2DEG) w kanale tranzystora, mogą być potencjalnie wykorzystywane jako element przełączający w układach elektronicznych dużej mocy o wysokiej sprawności [1]. Przyrządy tego typu powinny pracować w trybie normalnie wyłączonym z kanałem indukowanym (napięcie progowe Vth > 0), co zapewnia odporność układu na zaniki zasilania i związane z nimi uszkodzenia. Tranzystory HEMT AlGaN/GaN są typowo tranzystorami normalnie włączonymi z kanałem wbudowanym (napięcie progowe Vth < 0), [2]. W celu uzyskania tranzystorów z kanałem indukowanym stosuje się m.in. trawienie warstwy barierowej pod kontaktem bramki [3], płytką implantację jonów fluoru z plazmy pod kontaktem bramki [4], bądź strukturę neutralizującą efekt piezoelektryczny [5]. Wymaga to zastosowania trudnej w wykonaniu struktury epitaksjalnej, a uzyskiwane wartości napięcia progowego są zazwyczaj stosunkowo niskie. Ze względu na wymienione trudności, bardzo obiecującym sposobem uzyskiwania tranzystorów z kanałem indukowanym jest zastosowanie heterostruktury AlGaN/GaN z warstwą GaN typu p pod kontaktem bramki [6]. Bramka z warstwą GaN typu p wprowadza zubożenie nośników w kanale tranzystora, zapewniając jednocześnie niski prąd upływu. W niniejszej pracy przedstawiono wyniki modelowania tranzystora HEMT AlGaN/GaN z bramką typu p-GaN. Opisano wpływ poszczególnych elementów konstrukcji na parametry elektryczne przyrządu, w szczególności na wartość napięcia progowego oraz maksymalnego prądu drenu w stanie włączenia tranzystora. Symulacje przeprowadzono za pomocą pakietu symulacyjnego ATLAS firmy Silvaco [7], a przyjęte modele parametrów przedstawiono w pracy [8]. Struktura tranzystora Na rysunku 1 przedstawiono strukturę [...]

  W ostatnich latach obserwuje się globalne trendy poszukiwania nowych materiałów dla przemysłu elektronicznego [1]. Tradycyjne materiały, takie jak krzem, nie posiadają wystarczająco dobrych właściwości dla zastosowań między innymi w przezroczystej elektronice [2]. Z drugiej strony, podejście eksperymentalne stosowane do poszukiwania nowych materiałów jest czasochłonne i generuje wysokie koszty. Symulacje komputerowe pozwalają odkrywać właściwości nowych materiałów minimalizując potrzebę prowadzenia prac eksperymentalnych. Dla zastosowań w obszarze elektroniki przezroczystej nowe materiały półprzewodnikowe powinny łączyć wysoką ruchliwość nośników ładunku z wysokim poziomem transmisji optycznej w widzialnym zakresie widma promieniowania elektromagnetycznego. Wymagania te spełniają przezroczyste półprzewodniki tlenkowe o amorficznej mikrostrukturze [3]. Tranzystory cienkowarstwowe (TFT) z kanałem z tych materiałów zyskały zainteresowanie, jako przyrządy sterujące pracą pikseli w płaskich wyświetlaczach [4]. W XXI wieku dostępność i stosunkowo niski koszt mocy obliczeniowej umożliwia zastosowanie komputerowo wspomaganego modelowania materiałów amorficznych o nowej funkcjonalności. W pierwszej części niniejszego opracowania prezentujemy motywację do podjęcia badań w dziedzinie amorficznych półprzewodników tlenkowych, w szczególności nad tlenkiem indowo-galowo-cynkowym (a- IGZO). W dalszej części przedstawiamy przegląd stanu wiedzy w dziedzinie symulacji tranzystorów TFT z kanałem z amorficznego IGZO oraz wyniki naszych badań, w szczególności wyniki obliczeń numerycznych dotyczących wpływu grubości oraz wymiarów geometrycznych kanału, i grubości dielektryka na właściwości elektryczne TFT. Zaprezentujemy ponadto wyniki ekstrakcji krzywej gęstości stanów (DOS) w funkcji energii w kanale tranzystora. Motywacja Zasadniczą motywacją do badań nad amorficznymi półprzewodnikami tlenkowymi jest przekonanie o nieustannie rosnącym znacze[...]

  Rosnące zapotrzebowanie na energię i nowoczesne systemy generacji energii odnawialnej wymagają coraz bardziej efektywnych sposobów gospodarowania i przetwarzania energii elektrycznej, prowadzących do znaczących oszczędności ekonomicznych. Przekształtniki energoelektroniczne są opracowywane i konstruowane od ponad 40 lat w oparciu o przyrządy półprzewodnikowe wytwarzane w technologii krzemowej. Ze względu na dojrzałość technologii i parametry elektro-fizyczne podłoża przyrządy krzemowe w wielu aspektach osiągnęły już swoje szczytowe parametry. W związku z tym przewiduje się, że szansą dla dalszego rozwoju energoelektroniki są nowe materiały i wykonywane na ich bazie nowe przyrządy półprzewodnikowe. Do nowej grupy materiałów i przyrządów zaliczyć należy z całą pewnością azotek galu i tranzystory HEMT (High Electron Mobility Transistors) na bazie heterostruktury AlGaN/ GaN pracujące w zakresie napięć do 1,2 kV. Tranzystory HEMT AlGaN/GaN szybko zdobywają popularność rynkową dzięki doskonałym parametrom elektrycznym azotku galu i powstającego w tego typu strukturach dwuwymiarowego gazu elektronowego (2DEG) w kanale (koncentracja gazu elektronowego > 5×1012 cm-2, ruchliwość elektronów > 1500 cm/Vs, prędkość unoszenia elektronów > 2×107 cm/s oraz wartość krytycznego pola elektrycznego 3,3 MV/cm) [1]. Pierwszej generacji tranzystory HEMT AlGaN/GaN dla energoelektroniki wytwarzane były na drogich podłożach z węglika krzemu bądź szafiru, co było spowodowane przede wszystkim brakiem technologii wzrostu heterostruktur azotkowych na podłożu krzemowym,. Podłoża krzemowe są jednak znacznie tańsze i są wytwarzane w postaci płytek o dużej średnicy. Nie bez znaczenia jest w tym przypadku także relatywnie duża wartość przewodności cieplnej krzemu w porównaniu z szafirem (κszafir = 0,38 W/cmK, κSi = 1,49 W/cmK). Głównym, rozwiązywanym przez wiele lat, problemem technologii wzrostu struktur epitaksjalnych tranzystora HEMT na podłożu [...]

Obecnie konstruowane elementy półprzewodnikowe na materiałach o szerokiej przerwie, jak np. GaN i SiC, przeznaczone dla elektroniki wysokich mocy i napięć wymagają opracowania wysokiej jakości połączeń z obudową i elektrycznych wyprowadzeń. Technologia SLID (Solid Liquid Interdiffusion) jak i technologia zgrzewania nano- i/lub mikroproszkami Ag wykorzystywane są do montażu elementów półprzewodnikowych do podłoży ceramicznych lub w obudowach metalowych. W technologii SLID wykorzystuje się zjawiska zachodzące między materiałami o wysokich temperaturach topnienia (np. Ag, Au, Cu, Ni) a materiałami niskotopliwymi (np. Sn czy In) [1- 4]. Proces SLID prowadzi się w temperaturach nieznacznie przekraczających temperaturę topnienia materiału niskotopliwego. Stopiony materiał reaguje z materiałem wysokotopliwym tworząc związki międzymetaliczne odpowiedzialne za jakość połączenia. Cechą procesu SLID opartego na Sn jest to, że można go prowadzić w temperaturach nieznacznie przekraczających temperaturę topnienia Sn (232oC), a więc w temperaturach zbliżonych do lutowania lutami opartymi na Sn (np. typu SAC). Połączenia wykonywane tą technologią cechują na ogół dobre właściwości mechaniczne, a właściwości elektryczne i cieplne zależą od typu powstających związków międzymetalicznych. Technologia zgrzewania nano- i/lub mikroproszkami Ag opiera się na dyfuzyjnym połączeniu między metalizacjami struktury półprzewodnikowej a metalizacją podłoża z udziałem warstwy proszku Ag [5-7]. Proces zgrzewania prowadzi się pod naciskiem i w wyższych temperaturach niż proces SLID, aby umożliwić wzajemną dyfuzję metali. Duża energia powierzchniowa nano - i mikrocząstek Ag pozwala na prowadzenie procesu w temperaturach nieznacznie przekraczających 300oC. W przypadku wykorzystywania tylko nanocząstek Ag temperaturę procesu można obniżyć do ok. 200oC. Wykorzystywanie w montażu podłoży DBC (Direct Bond Copper), w których ceramika alundowa pokryta jest obust[...]

W niniejszej pracy przedstawiono wyniki prób opracowania technologii struktur tranzystorów cienkowarstwowych (TFT) opartych o warstwy wytwarzane metodą chemicznego osadzania z fazy lotnej wspomaganego plazmą (PECVD). Do najważniejszych zadań tej pracy należał wybór optymalnego procesu osadzania warstw dielektryka bramkowego oraz półprzewodnika amorficznego. Funkcje tych warstw pełniły, odpowiednio, warstwy tlenko-azotku krzemu (SiOxNy) oraz amorficznego krzemu (a-Si). Uzyskane wyniki charakteryzacji elektrycznej pierwszej serii wykonanych struktur testowych TFT pokazały duże możliwości opracowanej w IMiO PW technologii. Uzyskano napięcia progowe gotowych struktur tranzystorowych na poziomie UTH ~ 3 V, natomiast nachylenie charakterystyki prądowo-napięciowej w zakresie przedprogowym wyniosło SS ~ 400 mV/dec, co jest jednym z najlepszych wyników spotykanych w literaturze. Abstract. In this study there are presented, the results of tries attempts of thin-film transistors (TFT) technology development based on layers fabricated by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD). In the course of this work the optimization of gate dielectric, as well as amorphous semiconductor layer deposition was one of the most important task. Silicon oxynitride (SiOxNy) and amorphous silicon (a-Si), respectively, were used as those layers. The first results obtained from the analysis of electrical characteristics of fabricated TFT test structures have demonstrated a great promise of the optimized at IMiO PW technology. The threshold voltage UTH~3V and subthreshold swing SS ~ 400mV/dec values were obtained, which are ones of the best results found in literature. (Technology and characterization of thin-film transistors (TFT)). Słowa kluczowe: tlenko-azotek krzemu (SiOxNy), krzem amorficzny (a-Si), TFT, PECVD, charakteryzacja elektryczna. Keywords: silicon oxynitride (SiOxNy), amorphous silicon (a-Si), TFT, PECVD, electrical characterization. Wprowadzenie Dyn[...]