Investigation on AlN-on-SiC substrate vertical Shottky Barrier Diode

This thesis explores a novel kind of a Schottky Barrier Diode (SBD), whose usage pro poses a highly beneficial function for high thermal applications, that have proved to be a well-known weak point for these devices. This novel kind of Diode is based on an AlN on-SiC substrate. AlN is a wide band gap material and offers the desirable properties of high thermal stability and conduction. SiC instead is already a largely employed semi conductor that commends high electron mobility, thermal resilience and a suitable crystal structure to supply a base for epitaxial growth of AlN. This union would be able to deliver a device that could sustain duties that other Schottky diodes cannot keep up with. To test this theory, various experiments were conducted. Repetition of the experimenta tion was used to optimize the SBD fabrication process in its parameters and steps that included, but were not limited to lithography, annealing and reactive ion etching. Power analysis systems were used to execute electrical characterization to verify the behavior of the produced diode. This way the result could be interpreted and used as a basis to modify the device in order to improve the performance and obtain a better Schottky behavior. This study concluded with the achievement of a working fully vertical AlN-on-SiC SBD prototype. The diode still lacked the performance for a real world application but lays the groundwork for a device that would satisfy such demanding environment conditions.

Questa tesi esplora un nuovo tipo di diodo a barriera Schottky (SBD), il cui utilizzo pre senta una funzione estremamente vantaggiosa per le applicazioni ad alta temperatura, che si sono rivelate un noto punto debole per questi dispositivi. Questo nuovo tipo di diodo si basa su un substrato di AlN-on-SiC. L’AlN è un materiale ad ampio band gap e offre le desiderabili proprietà di elevata stabilità termica e conduzione. Il SiC, invece, è già un semiconduttore largamente utilizzato che vanta un’elevata mobilità degli elettroni, una resistenza termica e una struttura cristallina adatta a fornire una base per la crescita epitassiale dell’AlN. Questa unione sarebbe in grado di fornire un dispositivo in grado di sostenere compiti che altri diodi Schottky non sono in grado. Per verificare questa teoria, sono stati condotti diversi esperimenti. La ripetizione della sperimentazione è stata utilizzata per ottimizzare il processo di fabbricazione dei SBD nei suoi parametri e fasi, tra cui, ma non solo, la litografia, la ricottura e l’attacco a ioni reattivi. I sistemi di analisi della potenza sono stati utilizzati per eseguire la caratter izzazione elettrica e verificare il comportamento del diodo prodotto. In questo modo i risultati potevano essere interpretati e utilizzati come base per modificare il dispositivo al f ine di migliorare le prestazioni e ottenere un migliore comportamento Schottky. Questo studio si è concluso con la realizzazione di un prototipo di SBD all’AlN-on-SiC completamente verticale. Il diodo non è ancora in grado di garantire le prestazioni neces sarie per un’applicazione reale, ma pone le basi per un dispositivo in grado di soddisfare le condizioni ambientali più difficili.