Analisi degli effetti dello stress elettrico su tecnologie p-GaN HEMT: caratterizzazione della tensione di soglia e resistenza di on-state a livello di wafer

This thesis investigates the characterisation of dynamic threshold voltage and on-resistance of Schottky p-GaN HEMT technologies, at wafer level. A custom measurement setup was analysed capable of reproducing application-like stress conditions. A novel methodology is used to extract the transient evolution of the threshold voltage over time. For the first time, the separated and combined effects of gate, off-state and hard-switching were characterised using a tailored stress sequence. The experimental results reveal that the combination of the stresses gives rise to an equilibrium between multiple competing mechanisms which influence the threshold voltage drift. Additionally, the effect of the hard-switching stress on the threshold voltage shift has been characterised and an hypothesis has been formulated. The impact of the threshold voltage shift on the on-resistance has also been evaluated through a mapping methodology based on the static on-resistance characteristic. The study provides new insights into the dynamic behaviour of GaN devices with significant implications for the characterisation process and the technology development.

Questa tesi indaga sulla caratterizzazione della tensione di soglia dinamica e della resistenza on delle tecnologie Schottky p-GaN HEMT, a livello di wafer. Un setup di misura personalizzato è stato analizzato in grado di riprodurre condizioni di stress elettrico simili a condizioni di lavoro tipiche. Una nuova metodologia è stata utilizzata per estrarre l'evoluzione transitoria della tensione di soglia nel tempo. Per la prima volta, gli effetti separati e combinati dello stress al gate, off-state e hard-switching sono stati caratterizzati utilizzando una sequenza di stress personalizzata. I risultati sperimentali rivelano che la combinazione degli stress dà origine ad un equilibrio tra diversi meccanismi concorrenti che influenzano la deriva della tensione di soglia. Inoltre, l'effetto dello stress di hard-switching sullo spostamento della tensione di soglia è stato caratterizzato e un'ipotesi è stata formulata. Anche l'impatto dello spostamento della tensione di soglia sulla resistenza on è stato esaminato attraverso una metodologia di mappatura basata sulla caratteristica statica della resistenza on. Lo studio fornisce nuove informazioni sul comportamento dinamico dei dispositivi GaN con implicazioni significative per il proceso di caratterizzazione e lo sviluppo tecnologico.