Strålningseffekter på GaN-baserade HEMTs för RF- och Effektelektroniktillämpningar

GaN-HEMTs (Gallium Nitride-based High Electron Mobility Transistors) have, thanks to the large band gap of GaN, electrical properties that are suitable for applications of high electrical voltages, high currents, and fast switching. The large band gap also gives GaN-HEMTs a high resistance to radiation. In this degree project, the effects of 2 MeV proton irradiation of GaN-HEMTs constructed on both silicon carbide and silicon substrates are investigated. 20 transistors per substrate were irradiated in the particle accelerator 5 MV NEC Pelletron in the Ångström laboratory at Uppsala University. These transistors were exposed to radiation doses in the range of 10^11 to 10^15 protons/cm^2. The analysis shows that both transistors on silicon, as well as silicon carbide, are unaffected by proton irradiation up to a dose of 10^14 protons/cm^2. GaN-on-Si transistors show less influence of radiation than GaN-on-SiC transistors. The capacitances between gate and drain as well as drain and source for both GaN-on-SiC and GaN-on-Si HEMTs show hysteresis as a function of forward and backward gate voltage sweeps for the radiation dose of 10^15 protons/cm^2. GaN-HEMTs (Galliumnitridbaserade High Electron Mobility Transistors) har tack vare det stora bandgapet i GaN goda elektriska egenskaper som lämpar sig för höga elektriska spänningar, höga strömmar och snabb växling mellan av- och på-tillstånd. Det stora bandgapet ger även GaN-HEMTs ett stort motstånd mot strålning.I detta examensarbete undersöks effekterna av 2 MeV protonbestrålning av GaN-HEMTs. Dessa HEMTs är konstruerade på både kiselkarbid- och kiselsubstrat.20 transistorer per transistorsubstrat bestrålades i partikelacceleratorn 5 MV NEC Pelletron i Ångströmslaboratoriet vid Uppsala Universitet. Dessa transistorer utsattes för strålningsdoser inom intervallet 10^11 till 10^15 protoner/cm^2. Resultaten visar att både tranisistorer på kisel såsom kiselkarbid är opåverkade av strålning upp till en dos av 10^14 protoner/cm^2. GaN-på-Si-transistorer visar en mindre påverkan av protonstrålning än GaN-på-SiC-transistorer. Ytterligare uppstod hysteresis för kapacitanser mellan gate och drain och mellan gate och source som en funktion av fram- och bakriktad gate-spänning efter en strålningsdos av 10^15 protoner/cm^2