Trapping and Reliability Investigations in GaN-based HEMTs

I transistor ad effetto di campo ad alta mobilità elettronica (HEMTs) basati su nitruro di gallio (GaN) sono i più promettenti candidati, grazie alle loro eccellenti prestazioni per le future apparecchiature a microonde, per esempio gli amplificatori a stato solido (SSPA). Un primo dimostratore di circuito integrato monolitico a microonde (MMIC) in tecnologia GaN di un trasmettitore è stato sviluppato e messo a bordo della missione PROBA-V. Ma questa tecnologia soffre ancora dei fenomeni di intrappolamento, principalmente causati dai difetti presenti nel reticolo cristallino. Pertanto, lo scopo di questo dottorato è stato di investigare gli effetti di intrappolamento e gli aspetti di affidabilità dei transistor di potenza GH50 per le applicazioni a microonde in banda C. Viene proposto un nuovo protocollo di investigazione dei difetti per ottenere una panoramica completa del comportamento delle trappole dal funzionamento DC a quello radiofrequenza. Questo protocollo è basato sulle misure I / V impulsate, sulle misure del transiente della corrente di drain durante una eccitazione DC e RF e sulle misure della dispersione a bassa frequenza. Inoltre, viene presentato un modello elettro-termico non lineare del transistor GaN con un nuovo addizionale modello termico degli stati trappola. Questo ultimo include il comportamento dinamico e le loro relative variazioni in temperatura, al fine di prevedere correttamente le prestazioni RF durante le condizioni di funzionamento. Infine, viene presentata una metodologia avanzata nel dominio del tempo per indagare sull'affidabilità del dispositivo e per determinare la sua area operativa sicura. Questa metodologia si basa sul monitoraggio continuo delle forme d'onda RF e dei parametri DC in condizioni di overdrive, al fine di valutare la degradazione delle caratteristiche dei transistor nell'amplificatore di potenza RF.