Estudo da mobilidade dos elétrons nos transistores HEMTs de AlGaN/GaN

Abstract

Nesta dissertação de mestrado será feito um estudo sobre dispositivos de alta mobilidade de elétrons (HEMTs) fabricados a partir de uma heterojunção de AlGaN/GaN (Nitreto de Gálio e Alumínio/Nitreto de Gálio). Estes transistores têm se tornado cada vez mais importantes no campo da eletrônica de potência. Eles oferecem várias vantagens em relação a outros dispositivos semicondutores como alta velocidade de comutação, alta potência de saída, alta eficiência energética, alta mobilidade de portadores de carga, alta densidade de elétrons, alta resistência térmica e capacidade de operar em altas frequências, especialmente na faixa de radiofrequência, tornando-os ideais para aplicações em sistemas de comunicação sem fio, como satélites, radares e redes móveis de geração 5G. Devido às suas vantagens, estes dispositivos têm sido amplamente adotados em uma variedade de aplicações incluindo amplificadores de potência de radiofrequência, dispositivos de comutação de alta velocidade, fontes de alimentação de alta eficiência, sistemas de iluminação de estado sólido (LEDs) e conversores de energia. Uma vez que a mobilidade é um dos parâmetros que caracteriza a eficiência do HEMT. Este trabalho apresenta um estudo sobre a mobilidade dos elétrons em HEMTs de AlGaN/GaN em função de diversos aspectos como comprimento e largura do canal, temperatura, tensões de porta e de dreno e variações nos diferentes processos de fabricação dos respectivos dispositivos. Os resultados mostram que a mobilidade dos elétrons é maior em HEMTs com maior largura e comprimento de canal. Por outro lado, revelou que a mobilidade dos elétrons é menor com o aumento da temperatura e tensão de dreno. Verificou-se também que a mobilidade é maior em dispositivos desenvolvidos com 2 implantes ativos. Esses resultados destacam a importância de controlar tais características para obter maior mobilidade dos elétrons.

In this master's thesis, a study will be carried out on high electron mobility devices (HEMTs) manufactured from an AlGaN/GaN (Aluminum Gallium Nitride/Gallium Nitride) heterojunction. These transistors have become increasingly important in the field of power electronics. They offer several advantages over other semiconductor devices such as high switching speed, high output power, high energy efficiency, high charge carrier mobility, high electron density, high thermal resistance and the ability to operate at high frequencies, especially in radio frequency range, making them ideal for applications in wireless communication systems, such as satellites, radars and 5G generation mobile networks. Due to their advantages, these devices have been widely adopted in a variety of applications including radio frequency power amplifiers, high-speed switching devices, high-efficiency power supplies, solid-state lighting systems (LEDs), and power converters. . Since mobility is one of the parameters that characterizes HEMT efficiency, this work presents a study on the mobility of electrons in AlGaN/GaN HEMTs as a function of several aspects such as channel length and width, temperature, gate voltages and of drain and variations in the different manufacturing processes of the respective devices. The results show that electron mobility is higher in HEMTs with greater channel width and length. On the other hand, it revealed that electron mobility is lower with increasing temperature and drain voltage. It was also found that mobility is greater in devices developed with 2 active implants. These results highlight the importance of controlling such characteristics to obtain greater electron mobility.