GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMT) are appealing because of their large breakdown field, high saturation velocity, and superior thermal conductivity. They work at high temperature without much degradation. HEMTs have a few drawbacks despite many positives. The cost of developing GaN HEMTs on a native substrate is high. It would be cost effective to fabricate HEMTs on an alternative substrate without affecting their performance. The goal of this project is to characterise GaN HEMTs on various substrates like Si, SiC and Sapphire. This thesis focuses mainly on DC measurements for threshold voltage, leakage current, and breakdown voltage of these transistors. It is observed that HEMT devices grown on Si substrate provides maximum saturation current, however, the breakdown voltage is about 650 V. The breakdown voltage for HEMTs grown on SiC is superior showing about 1410 V with saturation drain current of 0.49 A/mm making it a good fit for power electronic applications. The threshold voltage for the devices on SiC substrate is -8.5 V. Additionally, different device architectures with different gate lengths, gate widths, and gate to drain distances are also evaluated and compared. It is noticed that the gate length of 1.5 μm and gate-drain length of 20 μm showed the best results for devices on all the substrates. / Hög elektronmobilitetstransistorer (HEMT) baserade på galliumnitrid (GaN) är mycket aktuella på grund av materialets höga genombrottsfält, hög mättnadshastighet för elektroner och bra termisk ledningsförmåga. Dessutom kan komponenter också användas vid höga temperaturer, men det finns även nackdelar. En nackdel är att kostnaden för GaN-substrat är mycket stor och man letar därför efter mer kostnadseffektiva substratmaterial. I detta projekt jämförs därför prestanda för HEMT-komponenter tillverkade på tre olika alternativa substrat som bedöms vara mer kostnadseffektiva än GaN, kisel (Si), kiselkarbid (SiC) och safir (Al2O3). Projektet fokuseras på DC mätningar av tröskelspänning, läckströmmar och genombrottsspänning för att utröna om komponenternas elektriska prestanda påverkas av dessa substratmaterial. Resultaten visar att HEMT-komponenter på Si-substrat uppvisar något högre mättnadsström, men genombrottsspänningar på bara ca 650 V. Genombrottsspänningar på HEMT-komponenter tillverkade på SiC-substrat ligger däremot på över 1400 V och har mättnadströmmar på omkring 0.50A/mm, vilket gör dom klart bättre än komponenter på Si och safir. Tröskelspänningen för HEMT-komponenter på SiC uppmäts till -8.5 V. Ytterligare mätningar gjordes också av komponenter med olika gemoetrier, som grindbredd och längd, samt olika avstånd mellan grind och utlopp (drain), och det kan konstateras att en grindlängd på 1.5 μm och ett avstånd mellan grind och utlopp på 20 μm uppvisar de bästa resultaten oberoende av substratmaterial.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-321947 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Krishna Murthy, Hithiksha |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:807 |
Page generated in 0.0024 seconds