Conduction Mechanisms in Schottky Contacts in Gallium Nitride Electronic Devices [Meccanismi di conduzione in contatti Schottky su dispositivi elettronici in Nitruro di Gallio]

This thesis investigates the conduction mechanisms in Schottky contacts in gallium nitride materials to understand how material and process quality affect device performance. Temperature dependent characterization of Mo/AlGaN/GaN Schottky contacts reveal near-ideal thermionic emission (TE) behavior. The deviations from ideality are explained according to Tung's model, highlighting the influence of dislocation in current conduction and how these defects affect the Schottky barrier inhomogeneity. W-based metallizations have been deposited by sputter deposition and the study of the current-voltage characteristics of Schottky barrier diodes as a function of the deposition environment revelaed an approach to achieve Schottky barrier engineering. Gate leakage in p-GaN normally-OFF HEMTs are analyzed in FATFETs. The area and perimeter contributions of the experimental current are isolated and modelled separately allowing to identify the dominant conduction mechanisms of the area and perimeter contribution. This study revealed that defects present in the p-GaN layer are responsible for a parassitic conduction along the perimeter of the gate contact. By liking the conduction mechanisms to interface quality, defects and processing steps, this thesis consistently demonstrates that the study of conduction mechanisms is a powerful tool for assessing and improving the reliability of GaN-based devices.

Questa tesi studia i meccanismi di conduzione in contatti Schottky su materiali a base di nitruro di gallio per correlare come la qualità del materiale e dei processi influenzano le caratteristiche dei dispositivi. Una caratterizzazione elettrica in funzione della temperatura di contatti Schottky Mo/AlGaN/GaN rivela un comportamento vicino all'ideale emissione termoionica. Le deviazioni dall'idealità sono razionalizzate usando il modello di Tung, mostrando come le dislocazioni influenzano la conduzione di corrente e come questi difetti influenzano la disomogeneità dell'altezza di barriera. Metallizzazioni a base di W sono state depositate per sputteirng, e lo studio delle caratteristiche corrente-voltaggio di diodi Schottky in funzione dell'ambiente di deposizione ha rivelato un approccio per ottenere un'ingegnerizzazione dell'altezza di barriera Schottky. Il leakage di gate nei dispositivi normally-OFF p-GaN HEMTs è stato studiato in dei FATFET. Il contributo dell'area e del perimetro può essere isolato dalle misure sperimentali e modellizzato, identificando il meccanismo dominante di conduzione per i due contributi. Questo studio ha rivelato che difetti presenti nel p-GaN sono responsabili per una conduzione parassita lungo il perimetro del contatto di gate. Questa tesi ha, in modo consistente, dimostrato che lo studio dei meccanismi di conduzione è uno strumento importante per studiare e migliorare l'affidabilità dei dispositivi a base di nitruro di gallio.