Radiation effects on wide bandgap semiconductor devices

Gallium nitride (GaN) based high-electron-mobility transistors (HEMTs) are used in a wide variety of areas, such as 5G, automotive, aeronautics/astronautics and sensing elds ranging from chemical, mechanical, biological to optical applications. Owing superior material properties, the GaN based HEMTs are especially useful in harsh operation environments e.g. in the combustion engine, exhaust, space, and medical instruments where the reliability and resilience are highly demanded. In this thesis the e ect of proton irradiation on the GaN HEMTs as well as the possible incorporation of them in biomedicine and diagnostics are investigated. The thesis includes mainly two parts: one is on theoretic background of GaN HEMTs, and another presents the experiment/simulation details of the devices before and after proton radiation. In the background section, the HEMTs function, manufacture technique and defect formation mechanism in the device under di erent proton radiation conditions are introduced. Then, the characterizations of the HEMT devices and related test structures before and after the proton radiation with dose range from 1011 to 1015 protons=cm2 are emphasized, as well as the comparison with simulation results obtained using SRIM/TRIM program. In addition, the biocompatibility of GaN devices and their biomedicine applications in proton radiation scenarios are also described and discussed in this thesis.Gallium Nitrid (GaN) baserade high electron mobility transistors (HEMTs) används inom många olika områden, såsom 5G, bil-industrin, yg/rymd och i sensorer fö kemiska, mekaniska, biologiska och optiska applikationer. Tack vare dess goda materialegenskaper GaN baserade HEMTs särskilt användbara i harda miljöer, som till exempel i förbränningsmotorer, avgaser, i rymden, samt till medicinska instrument där pålitlighet och tålighet är eftersträvat. I det här examensarbetet sa undersöks e ekten av protonbestrålning pa GaN HEMTs samt möjligheten till användning av dem inom biomedicin och diagnostik. Arbetet är uppdelat i två delar: den ena behandlar den teoretiska bakgrunden av GaN HEMTs och den andra presenterar de experiment/simuleringar som utförts för att se efekterna på komponenterna före och efter protonbestrålning. I bakgrunds-sektionen så beskrivs hur HEMTs fungerar, tillverkningstekniker och mekanismerna för hur defekter uppkommer under olika former av protonbestrålning. Därefter sa karaktäriseras HEMT komponenterna och relaterade teststrukturer före och efter protonbestralning, med ett fokus på doser mellan 1011 to 1015 protoner=cm2, samt en jämförelse med resultat som fatts fran simuleringar med SRIM/TRIM-program. Utöver detta sa beskrivs och diskuteras även biokompatibiliteten och applikationer inom biomedicin av GaN komponenter vid protonbestralnings-scenarion i arbetet