ESREF 2024: Michael Dammann erhält Best Paper Award

Das Komitee der ESREF 2024 hat das Paper mit dem Titel »Reliability and Failure Analysis of AlGaN/GaN HEMT with NiPtAu and PtAu Gate« prämiert. Darin haben Forschende des Fraunhofer IAF in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS die Zuverlässigkeit und Degradationsmechanismen von Transistoren mit hoher Elektronenbeweglichkeit (High-electron-mobility transistors – HEMTs) untersucht: Es wurden 150 nm AlGaN/GaN HEMTs mit zwei unterschiedlichen Gatetechnologien, PtAu- und NiPtAu-Gates, verglichen.

Im direkten Vergleich zeigen die Ergebnisse eine höhere Stabilität von PtAu-Gates. Dies wurde durch eine geringere Zunahme des Gate-Leckstroms bei HTRB (High Temperature Reverse Bias) Stresstests und eine geringere Streuung der extrapolierten Lebensdauerwerte während Langzeit-DC-Stresstests demonstriert. Explizit wurde eine Aktivierungsenergie von 1,37 eV und eine Lebensdauer von 10⁷ Stunden bei einer Kanaltemperatur von 175°C und einer Drain-Spannung von 30 V für Bauelemente mit PtAu SiN-unterstütztem Gate extrapoliert, verglichen mit 5∙10⁴ Stunden bei 15 V für Bauelemente mit 100 nm T-Gate. Die Forschenden kamen zu dem Schluss, dass ein höheres laterales elektrisches Feld am Gatefuß für die schnellere Degradation des T-Gates verantwortlich ist.

Anhand der TEM-Bilder und EDX-Mapping-Analyse, die das Fraunhofer IMWS erstellt hat, konnten die Forschenden den Degradationsmechanismus besser verstehen. So kamen sie zu dem Ergebnis, dass die Degradation von NiPtAu-Gate-Bauelementen auf eine spannungsinduzierte lokale Oxidation der SiN-Passivierung auf der Drain-Seite des Gate-Fußes zurückgeführt werden kann.

Mit dieser innovativen Arbeit trägt Hauptautor Michael Dammann und das gesamte Forschungsteam zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Langlebigkeit von AlGaN/GaN HEMTs für Hochfrequenzanwendungen bei.

Über die ESREF

Die 35. Ausgabe des European Symposium on Reliability of Electron Devices, Failure Physics and Analysis, kurz ESREF, fand vom 23. bis 26. September in Parma, Italien, statt. Als führende internationale Konferenz konzentriert sich die ESREF auf die neuesten Forschungsentwicklungen und Zukunftsthemen in der Fehleranalyse, Qualität und Zuverlässigkeit von Materialien, Bauelementen und Schaltungen für die Mikro- und Optoelektronik, Leistungselektronik, Raumfahrt- und Automobilelektronik. Die Veranstaltung bietet Teilnehmenden aus Wissenschaft und Industrie ein Austauschforum über alle Aspekte der Zuverlässigkeit für gegenwärtige und zukünftige Halbleiteranwendungen.