Published November 2021 | Version v1
Journal article

Stability of the threshold voltage in fluorine-implanted normally-off AlN/GaN HEMTs co-integrated with commercial normally-on GaN HEMT technology

Others:
Laboratoire de l'intégration, du matériau au système (IMS) ; Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut Polytechnique de Bordeaux-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Research and Development, OMMIC (OMMIC) ; OMMIC
Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)
Puissance - IEMN (PUISSANCE - IEMN) ; Institut d'Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - UMR 8520 (IEMN) ; Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)-Centrale Lille-Université de Lille-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Polytechnique Hauts-de-France (UPHF)-JUNIA (JUNIA) ; Université catholique de Lille (UCL)-Université catholique de Lille (UCL)
Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes [Sherbrooke] (LN2) ; Université de Sherbrooke (UdeS)-École Centrale de Lyon (ECL) ; Université de Lyon-Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon) ; Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Centre de recherche sur l'hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA) ; Université Nice Sophia Antipolis (1965 - 2019) (UNS) ; COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-COMUE Université Côte d'Azur (2015-2019) (COMUE UCA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Côte d'Azur (UCA)
This work was supported by the French National Research Agency (ANR) through the PRCE project EDGaN and the LABEX GANEX.
ANR-11-LABX-0014,GANEX,Réseau national sur GaN(2011)

Description

Fluorine ion migration in normally-off AlN/GaN HEMTs fabricated by fluorine ion plasma implantation technology is evidenced. Devices under test are co-integrated into the OMMIC commercial D006GH/D01GH MMIC process, providing fluorine-free normally-on HEMTs. Gate reverse bias step-stress experiment at a drain fixed voltage of 0 V, carried out as well on normally-on ones as on normally-off ones, shows a permanent negative shift in the threshold voltage V-th of normally-off devices only. V-th degradation is starting at a V-GS,V- stress of -8 V, with a negative shift from 0 V to -0.4 V at V-GS,V-stress = -30 V, while the transconductance g(m) and g(m,max) remains unchanged prior to breakdown that occurred at V-GS,V-stress ranging between -26 and -32 V. Since the positive threshold voltage of these devices is induced by F-ions dose and position, the above result suggests a possible drift of F-ions away from the 2DEG channel. A field-assisted migration mechanism of fluorine ions is proposed and supported by the absence of V-th degradation in fluorine-free normally-on devices.

Abstract

International audience

Additional details

Created:
December 3, 2022
Modified:
November 30, 2023