The effects of ionizing radiation on β-Ga2O3 metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) were investigated. A gamma-ray tolerance as high as 1.6 MGy(SiO2) was demonstrated for the bulk Ga2O3 channel by virtue of weak radiation effects on the MOSFETs' output current and threshold voltage. The MOSFETs remained functional with insignificant hysteresis in their transfer characteristics after exposure to the maximum cumulative dose. Despite the intrinsic radiation hardness of Ga2O3, radiation-induced gate leakage and drain current dispersion ascribed respectively to dielectric damage and interface charge trapping were found to limit the overall radiation hardness of these devices.
References
1.
A. L.
Barry
, B.
Lehmann
, D.
Fritsch
, and D.
Bräunig
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
38
, 1111
(1991
).2.
A.
Ionascut-Nedelcescu
, C.
Carlone
, A.
Houdayer
, H. J.
von Bardeleben
, J.-L.
Cantin
, and S.
Raymond
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
49
, 2733
(2002
).3.
D. C.
Look
, D. C.
Reynolds
, J. W.
Hemsky
, J. R.
Sizelove
, R. L.
Jones
, and R. J.
Molnar
, Phys. Rev. Lett.
79
, 2273
(1997
).4.
J. C.
Bourgoin
and B.
Massarani
, Phys. Rev. B
14
, 3690
(1976
).5.
J.
Koike
, D. M.
Parkin
, and T. E.
Mitchell
, Appl. Phys. Lett.
60
, 1450
(1992
).6.
T.
Ohshima
, M.
Yoshikawa
, H.
Itoh
, Y.
Aoki
, and I.
Nashiyama
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
37
, L1002
(1998
).7.
T.
Ohshima
, H.
Itoh
, and M.
Yoshikawa
, J. Appl. Phys.
90
, 3038
(2001
).8.
D. C.
Sheridan
, G.
Chung
, S.
Clark
, and J. D.
Cressler
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
48
, 2229
(2001
).9.
K. K.
Lee
, T.
Ohshima
, and H.
Itoh
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
50
, 194
(2003
).10.
M.
Nawaz
, C.
Zaring
, S.
Onoda
, T.
Ohshima
, and M.
Östling
, in Technical Digest–67th IEEE Device Research Conference
(2009
), pp. 279
–280
.11.
Y.
Tanaka
, S.
Onoda
, A.
Takatsuka
, T.
Ohshima
, and T.
Yatsuo
, Mater. Sci. Forum
645–648
, 941
(2010
).12.
A.
Akturk
, J. M.
McGarrity
, S.
Potbhare
, and N.
Goldsman
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
59
, 3258
(2012
).13.
S.
Mitomo
, T.
Matsuda
, K.
Murata
, T.
Yokoseki
, T.
Makino
, A.
Takeyama
, S.
Onoda
, T.
Ohshima
, S.
Okubo
, Y.
Tanaka
, M.
Kandori
, T.
Yoshie
, and Y.
Hijikata
, Phys. Status Solidi A
214
, 1600425
(2017
).14.
B.
Luo
, J. W.
Johnson
, F.
Ren
, K. K.
Allums
, C. R.
Abernathy
, S. J.
Pearton
, A. M.
Dabiran
, A. M.
Wowchack
, C. J.
Polley
, P. P.
Chow
, D.
Schoenfeld
, and A. G.
Baca
, Appl. Phys. Lett.
80
, 604
(2002
).15.
G. A.
Umana-Membreno
, J. M.
Dell
, G.
Parish
, B. D.
Nener
, L.
Faraone
, and U. K.
Mishra
, IEEE Trans. Electron Devices
50
, 2326
(2003
).16.
C.
Schwarz
, A.
Yadav
, M.
Shatkhin
, E.
Flitsiyan
, L.
Chernyak
, V.
Kasiyan
, L.
Liu
, Y. Y.
Xi
, F.
Ren
, S. J.
Pearton
, C. F.
Lo
, J. W.
Johnson
, and E.
Danilova
, Appl. Phys. Lett.
102
, 062102
(2013
).17.
H.-Y.
Kim
, J.
Kim
, L.
Liu
, C.-F.
Lo
, F.
Ren
, and S. J.
Pearton
, J. Vac. Sci. Technol. B
31
, 051210
(2013
).18.
Y.-H.
Hwang
, Y.-L.
Hsieh
, L.
Lei
, S.
Li
, F.
Ren
, S. J.
Pearton
, A.
Yadav
, C.
Schwarz
, M.
Shatkhin
, L.
Wang
, E.
Flitsiyan
, L.
Chernyak
, A. G.
Baca
, A. A.
Allerman
, C. A.
Sanchez
, and I. I.
Kravchenko
, J. Vac. Sci. Technol. B
32
, 031203
(2014
).19.
S. J.
Pearton
, F.
Ren
, E.
Patrick
, M. E.
Law
, and A. Y.
Polyakov
, ECS J. Solid State Sci. Technol.
5
, Q35
(2016
).20.
B. D.
Weaver
, T. J.
Anderson
, A. D.
Koehler
, J. D.
Greenlee
, J. K.
Hite
, D. I.
Shahin
, F. J.
Kub
, and K. D.
Hobart
, ECS J. Solid State Sci. Technol.
5
, Q208
(2016
).21.
B.
Campbell
and A.
Mainwood
, Phys. Status Solidi A
181
, 99
(2000
).22.
B.
Campbell
, W.
Choudhury
, A.
Mainwood
, M.
Newton
, and G.
Davies
, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A
476
, 680
(2002
).23.
M.
Higashiwaki
, A.
Kuramata
, H.
Murakami
, and Y.
Kumagai
, J. Phys. D: Appl. Phys.
50
, 333002
(2017
).24.
E. G.
Víllora
, K.
Shimamura
, Y.
Yoshikawa
, K.
Aoki
, and N.
Ichinose
, J. Cryst. Growth
270
, 420
(2004
).25.
Z.
Galazka
, K.
Irmscher
, R.
Uecker
, R.
Bertram
, M.
Pietsch
, A.
Kwasniewski
, M.
Naumann
, T.
Schulz
, R.
Schewski
, D.
Klimm
, and M.
Bickermann
, J. Cryst. Growth
404
, 184
(2014
).26.
K.
Hoshikawa
, E.
Ohba
, T.
Kobayashi
, J.
Yanagisawa
, C.
Miyagawa
, and Y.
Nakamura
, J. Cryst. Growth
447
, 36
(2016
).27.
A.
Kuramata
, K.
Koshi
, S.
Watanabe
, Y.
Yamaoka
, T.
Masui
, and S.
Yamakoshi
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
, 1202A2
(2016
).28.
M.
Higashiwaki
, K.
Sasaki
, A.
Kuramata
, T.
Masui
, and S.
Yamakoshi
, Appl. Phys. Lett.
100
, 013504
(2012
).29.
M.
Higashiwaki
, K.
Sasaki
, M. H.
Wong
, T.
Kamimura
, D.
Krishnamurthy
, A.
Kuramata
, T.
Masui
, and S.
Yamakoshi
, in Technical Digest–IEEE International Electron Devices Meeting
(2013
), pp. 28.7.1
–28.7.4
.30.
K.
Konishi
, K.
Goto
, H.
Murakami
, Y.
Kumagai
, A.
Kuramata
, S.
Yamakoshi
, and M.
Higashiwaki
, Appl. Phys. Lett.
110
, 103506
(2017
).31.
M. H.
Wong
, K.
Sasaki
, A.
Kuramata
, S.
Yamakoshi
, and M.
Higashiwaki
, IEEE Electron Device Lett.
37
, 212
(2016
).32.
K. D.
Chabak
, N.
Moser
, A. J.
Green
, D. E.
Walker
, Jr., S. E.
Tetlak
, E.
Heller
, A.
Crespo
, R.
Fitch
, J. P.
McCandless
, K.
Leedy
, M.
Baldini
, G.
Wagner
, Z.
Galazka
, X.
Li
, and G.
Jessen
, Appl. Phys. Lett.
109
, 213501
(2016
).33.
A. J.
Green
, K. D.
Chabak
, E. R.
Heller
, R. C.
Fitch
, Jr., M.
Baldini
, A.
Fiedler
, K.
Irmscher
, G.
Wagner
, Z.
Galazka
, S. E.
Tetlak
, A.
Crespo
, K.
Leedy
, and G. H.
Jessen
, IEEE Electron Device Lett.
37
, 902
(2016
).34.
S.
Ahn
, Y.-H.
Lin
, F.
Ren
, S.
Oh
, Y.
Jung
, G.
Yang
, J.
Kim
, M. A.
Mastro
, J. K.
Hite
, C. R.
Eddy
, Jr., and S. J.
Pearton
, J. Vac. Sci. Technol. B
34
, 041213
(2016
).35.
J.
Yang
, F.
Ren
, S. J.
Pearton
, G.
Yang
, J.
Kim
, and A.
Kuramata
, J. Vac. Sci. Technol. B
35
, 031208
(2017
).36.
G.
Yang
, S.
Jang
, F.
Ren
, S. J.
Pearton
, and J.
Kim
, ACS Appl. Mater. Interfaces
9
, 40471
(2017
).37.
M.
Ceschia
, A.
Paccagnella
, A.
Cester
, A.
Scarpa
, and G.
Ghidini
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
45
, 2375
(1998
).38.
L.
Larcher
, A.
Paccagnella
, M.
Ceschia
, and G.
Ghidini
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
46
, 1553
(1999
).39.
R.
Degraeve
, G.
Groeseneken
, R.
Bellens
, J. L.
Ogier
, M.
Depas
, P. J.
Roussel
, and H. E.
Maes
, IEEE Trans. Electron Devices
45
, 904
(1998
).40.
J.
Suñe
, D.
Jimenez
, and E.
Miranda
, Int. J. High Speed Electron. Syst.
11
, 789
(2001
).41.
R.
Vetury
, N. Q.
Zhang
, S.
Keller
, and U. K.
Mishra
, IEEE Trans. Electron Devices
48
, 560
(2001
).42.
G.
Meneghesso
, M.
Meneghini
, D.
Bisi
, I.
Rossetto
, A.
Cester
, U. K.
Mishra
, and E.
Zanoni
, Semicond. Sci. Technol.
28
, 074021
(2013
).43.
T.
Chen
, Z.
Luo
, J. D.
Cressler
, T. F.
Isaacs-Smith
, J. R.
Williams
, G.
Chung
, and S. D.
Clark
, Solid-State Electron.
46
, 2231
(2002
).44.
J.
Kim
, F.
Ren
, G. Y.
Chung
, M. F.
MacMillan
, A. G.
Baca
, R. D.
Briggs
, D.
Schoenfeld
, and S. J.
Pearton
, Appl. Phys. Lett.
84
, 371
(2004
).45.
S.
Onoda
, N.
Iwamoto
, S.
Ono
, S.
Katakami
, M.
Arai
, K.
Kawano
, and T.
Ohshima
, IEEE Trans. Nucl. Sci.
56
, 3218
(2009
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
