This Letter pioneers an investigation into the influence of temperature on threshold voltage (VTH) instability under negative bias in ferroelectric charge trap gate stack (FEG) high electron mobility transistors. Based on the experimental stress condition, i.e., gate bias of −20 V and temperature (T) range from 30 to 150 °C, our findings reveal a unidirectional VTH shift with 30 °C < T < 90 °C, and transitioning to a bidirectional VTH shift at 90 °C ≤ T ≤ 150 °C. The observed VTH < 0 V can be ascribed to the emission of electrons from the trapping layer, prompted by the pre-poling of the ferroelectric (FE) layer and the presence of interface traps. In contrast, under high-temperature stress, where VTH > 0 V, it indicates the depletion of the two-dimensional electron gas electrons due to de-poling and saturation of the polarization in the reverse direction. Moreover, this phenomenon is consistent with extracted activation energies (Ea) of 0.55 ± 0.01 and 0.79 ± 0.01 eV. Additionally, the recovery characteristics validate the trapping/detrapping process.

中文翻译：

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温度对铁电电荷阱 （FEG） GaN-HEMT 负偏置下阈值电压不稳定性的影响


这封信开创了对铁电电荷阱栅极堆栈 （FEG） 高电子迁移率晶体管中负偏置下温度对阈值电压 （VTH） 不稳定性的影响的研究。基于实验应力条件，即 -20 V 的栅极偏置和 30 至 150 °C 的温度 （T） 范围，我们的研究结果揭示了 30 °C < T < 90 °C 的单向 VTH 偏移，并在 90 °C ≤ T ≤ 150 °C 时转变为双向 VTH 偏移。 观察到的垂直槽 < 0 V 可归因于铁电 （FE） 层的预极化和界面陷阱的存在所促使的电子从捕获层发射。相反，在高温应力下，其中 VTH > 0 V，它表示由于相反方向的极化去极化和饱和而导致的二维电子气体电子耗尽。此外，这种现象与 0.55 ± 0.01 和 0.79 ± 0.01 eV 的提取活化能 （Ea） 一致。此外，回收特性验证了陷印/去陷印过程。