Влияние протонного облучения на AlGaN/GaN транзисторы c высокой подвижностью электронов

Abstract

Деградация транзисторов под влиянием протонного облучения с энергией 1,8 МэВ измерялась до плотности протонного излучения 3⋅10¹⁵ см⁻². Структуры c высокой электронной подвижностью на основе AlGaN/AlN/GaN имеют более высокое значение электронной мобильности, чем структуры на основе AlGaN/GaN, и обладают более высокой радиационной стойкостью с отсутствием затухания электрических свойств до значения интегральной плотности потока протонов 10¹⁴ см⁻². Измеряемые электрофизические параметры транзисторных структур продемонстрировали уменьшение максимальной крутизны ВАХ, увеличение порогового тока и уменьшение тока насыщения. Основными механизмами деградации структур под влиянием протонного излучения являются уменьшение подвижности носителей вследствие увеличения рассеяния носителей на границе и уменьшение плотности носителей в канале в результате перемещения носителей на глубокие уровни из зоны проводимости.

Деґрадація транзисторів під впливом протонного опромінення з енергією у 1,8 МеВ досліджувалася до густини протонного опромінення у 3⋅10¹⁵ см⁻². Структури з високою рухливістю електронів на основі AlGaN/AlN/GaN мають вище значення електронної мобільности, аніж структури на основі шарів AlGaN/GaN, та демонструють більш високу радіяційну стійкість з відсутністю деґрадації електрофізичних властивостей структури до значення інтеґральної густини протонного опромінення у 10¹⁴ см⁻². Міряні електрофізичні параметри транзисторних структур продемонстрували зменшення максимальної крутизни ВАХ, збільшення порогу струму та зменшення струму наситу. Основними механізмами деґрадації структур під впливом протонного опромінення є зменшення рухливости носіїв внаслідок розсіяння носіїв на межі шарів та зменшення густини носіїв у каналі завдяки переміщенню носіїв на глибокі рівні з зони провідности.

High electron mobility transistor (HEMT) degradation under 1.8 MeV proton irradiation has been studied up to the proton fluence of 3⋅10¹⁵ cm⁻². High electron mobility AlGaN/AlN/GaN structures demonstrate higher electron mobility compared to AlGaN/GaN ones, and possess higher radiation hardness that show no degradation for transistors parameters to the level of proton irradiation density of 10¹⁴ cm⁻². Measured HEMT transistors parameters suggest decrease in transconductance of I—V curves, increase in threshold current, and decrease in saturation current. The main reasons for HEMT parameters degradation under irradiation are decrease in carrier mobility due to scattering mechanisms at the layer interface and decrease in carrier concentration due to carrier removal to the deeper levels from conduction band.