L’obiettivo principale del progetto è la messa a punto di dielettrici a bassa temperatura ad alto e basso k per la realizzazione di strati di passivazione e strati isolanti da applicare in dispositivi ad alta mobilità in nitruro di gallio (GaN) e in strutture capacitive per ottimizzare le prestazioni di circuiti elettronici di potenza.
In particolare per i transistori in nitruro di gallio ad alta mobilità e per dispostivi basati su eterostrutture come AlGaN/GaN, la possibilità di combinare grandi concentrazioni di portatori con un’elevata mobilità elettronica permette di far lavorare tali dispositivi ad alta frequenza e alta potenza grazie alla bassa resistenza di canale e all’elevata densità di corrente. I circuiti basati su strutture AlGaN/GaN rivestono infatti oggi un particolare interessante per applicazioni avioniche o aerospaziali specialmente mirate allo sviluppo di amplificatori ad alta potenza (HPA).
Un problema che si riscontra sovente in tali dispositivi è il cosiddetto “drain collapse” che si traduce in un decremento di corrente sotto regimi impulsati. Per ovviare a tale problema si possono utilizzare strati passivanti di dielettrici quali nitruro o ossi-nitruri. La qualità di questi materiali risulta decisiva nell’abbattimento di tali fenomeni di degrado.
Per questo motivo proponiamo di impiegare strati di ossido di silicio e ossinitruri depositati tramite tecniche assistite da plasma con sorgenti a microonde per ridurre il danno da bombardamento ionico e permettere crescite di dielettrici a bassa pressione (<1mtor) e a bassa temperatura (circa 25°C).
Questi materiali cresciuti su substrati quali AlGaN/GaN, GaN, SiC, e Si saranno analizzati con tecniche di spettroscopia infrarossa e a raggi X per valutare la struttura interna e superficiale dei dielettrici al fine di individuare i parametri ottimali di crescita e saranno sottoposti a test elettrici in regime di corrente continua e alternata in presenza di stress termici e radiativi per misurare la rigidità dielettrica, la densità degli stati interfacciali e i meccanismi che favoriscono il passaggio di carica nel film isolante.
Per migliorare le prestazioni di strutture capacitive di tipo MIM, proponiamo invece l’impiego di dielettrici ad alti k come ad esempio Al2O3 da integrare su piattaforme basate su GaN. Anche in questo caso saranno valutate le tensioni di breakdown, i campi elettrici che inducono intrappolamento di carica, la presenza di difetti nel dielettrici e più in generale i meccanismi di degrado in fase di utilizzo.
Tutti i materiali in esame e le rispettive tecniche di analisi e caratterizzazione saranno investigate con lo scopo di individuare le tecnologie più facilmente trasferibili al mondo industriale della microelettronica e della fabbricazione di circuiti di potenza. Per questo motivo, il progetto sarà seguito sin dall’inizio da un team di Leonardo Spa per favorire lo sviluppo di una strategia di trasferimento tecnologico su 4 o 6 pollici.
