Συντάχθηκε 29-07-2025 09:10
Τόπος:
Σύνδεσμος τηλεδιάσκεψης
Έναρξη: 30/07/2025 11:00
Λήξη: 30/07/2025 12:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Λεωνίδα Κουμπιά
με θέμα
Ηλεκτρικός χαρακτηρισμός τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων Νιτριδίου του Γαλλίου (GaN HEMTs)
Electrical characterization of Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors (GaN HEMTs)
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Ματτίας Μπούχερ (επιβλέπων)
Καθηγητής Κωνσταντίνος Μπάλας
Δρ. Νικόλαος Φασαράκης
Περίληψη
Οι αυξανόμενες απαιτήσεις των σύγχρονων ηλεκτρονικών εφαρμογών για τρανζίστορ υψηλής απόδοσης ισχύος και λειτουργίας σε υψηλές συχνότητες, σε συνδυασμό με την ανάγκη για μικρό μέγεθος, υψηλή ενεργειακή απόδοση καθώς και λειτουργία σε υψηλή θερμοκρασία, έχουν οδηγήσει σε αυξανόμενη ζήτηση για τρανζίστορ σύνθετων ημιαγωγών υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων, όπως τα τα τρανζίστορ GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor).
Στην παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται σύντομη ανάλυση της δομής και λειτουργίας της διάταξης GaN HEMT, καθώς και μελέτη του ευρέος πεδίου εφαρμογών της, όπως ενισχυτές ισχύος RF (RF PAs), μετατροπείς ισχύος (inverters), ραντάρ κ.ά.
Βασικός στόχος της εργασίας είναι ο πλήρης πειραματικός χαρακτηρισμός διατάξεων GaN HEMT, τα οποία έχουν αναπτηχθεί από το Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέϊζερ του ΙΤΕ (IESL-FORTH) στο Ηράκλειο. Στο Εργαστήριο Ηλεκτρονικής της Σχολής ΗΜΜΥ πραγματοποιήθηκε εκστρατεία on-wafer μετρήσεων ακριβείας τύπου ρεύμα-τάσης (IV) και χωρητικότητας-τάσης (CV) , σε ευρείο φάσμα θερμοκρασίας. Ο χαρακτηρισμός αυτός καθιστά δυνατή την μοντελοποίησή της μέσω του μοντέλου EPFL HEMT.
Κατόπιν τούτου, παρουσιάζονται οι μέθοδοι προσδιορισμού των παραμέτρων μοντέλου φορτίων των HEMT, όπως η χωρητικότητα φραγμού Cb, η τάση κατωφλίου VTH, ο παράγων κλίσης n, το ειδικό ρεύμα τεχνολογίας Ispec και η κινητικότητα μ. Επιπρόσθετα, πραγματοποιείται στατιστική ανάλυση της συμπεριφοράς όμοιων HEMT σε ένα wafer, η οποία οδηγεί στην παροχή αξιόπιστων στατιστικών των παραμέτρων αυτών. Συμπερασματικά, ο χαρακτηρισμός αυτός συμβάλλει στην μελλοντική εμπορική αξιοποίηση της τεχνολογίας GaN HEMT του ΙΤΕ.
Abstract
The increasing demands of modern electronic applications for high-performance power transistors operating at high frequency while maintaining compact size and high energy efficiency as well as high operating temperatures, have led to a growing interest in compound semiconductor devices with high electron mobility, such as GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistors).
This thesis presents a brief analysis of the structure and operation of the GaN HEMT device, as well as an overview of its wide range of applications, including RF power amplifiers (RF PAs), power inverters, high-speed switches, radar systems, and more.
The primary objective of the study is the detailed characterization of GaN HEMT devices, produced at the Institute of Electronic Structure and Laser (IESL) at FORTH in Heraklion, Crete. An on-wafer characterization campaign is carried out at the Electronics Laboratory of the School of ECE at TUC, with precision measurements of current-voltage (IV) as well as capacitance-voltage (CV) types, over a large temperature range. This characterization enables the modeling of the devices based on the EPFL-HEMT model.
Following this, advanced parameter extraction methods are presented for the charge-based HEMT model, such as the barrier capacitance Cb, the threshold voltage VTH, the slope factor n, the technology current I0, and the mobility μ. Furthermore, a statistical analysis is conducted on the behavior of identical HEMTs across a single wafer, providing reliable statistical data for the above key parameters. In conclusion, this characterization contributes to the potential future commercial exploitation of FORTH’s GaN HEMT technology.
