Simulazioni TCAD di transistori di potenza in Nitruro di Gallio (GaN)

La preoccupazione per i cambiamenti climatici e l'aumento della domanda di elettricità hanno attirato l'attenzione sulla produzione, classificazione e utilizzo di energia elettrica attraverso soluzioni a zero emissioni di CO2 e altamente efficienti (ad esempio per i veicoli elettrici), rispettivamente. In uno scenario di questo tipo, i convertitori di potenza e/o gli inverter svolgono un ruolo fondamentale in quanto rappresentano il nucleo principale delle applicazioni di alimentazione. Di conseguenza, la necessità di transistor di potenza ad alte prestazioni, affidabili e a basso costo sta aumentando. I materiali semiconduttori più utilizzati per i transistor di potenza sono tre: silicio (Si), carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN). Tra tutti, il nitruro di gallio sembra essere il candidato più promettente per la prossima generazione di dispositivi per l'elettronica di potenza, grazie alle sue eccellenti proprietà e al costo comparabile rispetto al Silicio. Il dispositivo a base di GaN più utilizzato e adottato è il transistor ad alta mobilità degli elettroni (HEMT). Questa tesi è incentrata sulla simulazione TCAD di transistori di potenza in nitruro di Gallio, più precisamente di p-Gate GaN HEMT. I risultati delle simulazioni condotte sono stati ottenuti nell’arco di sei mesi presso il laboratorio di ricerca della facoltà di Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni di Cesena. Sono stati misurati e simulati diversi dispositivi a due terminali senza gate, differenziati per la distanza tra drain e source, a diverse temperature. Infine, l’attenzione è stata posta sulla simulazione del transistore p-Gate GaN HEMT a basse tensioni VDS (100mV) rampando la tensione di gate da 0V a 6V, ottenendo un fitting piuttosto accurato, a differenza delle simulazioni condotte alle alte tensioni VDS (10V e 40V).