Статья

Название статьи КВАЗИДВУМЕРНАЯ ДИФФУЗИОННО-ДРЕЙФОВАЯ МОДЕЛЬ HEMT ТРАНЗИСТОРОВ
Автор Е. А. Рындин, А. А. Аль-Саман
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.3.049
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-85-94
Аннотация Совершенствование структур, методов построения, моделей, методик и средств моделирования транзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT – High Electron Mobility Transistor) представляет значительный интерес, так как данные транзисторы являются важными элементами различных узлов радиотехнических систем. В работе предложена квазидвумерная модель на основе диффузионно-дрейфового приближения для исследования вольт-амперных и вольт-фарадных характеристик AlGaAs/GaAs HEMT транзисторов. Модель учитывает неравномерность пространственных распределений потенциала, электрического поля, электронной температуры, подвижности и дрейфовой скорости электронов. Также она обеспечивает соотношение «точность – сложность», удовлетворяющее как исследовательским целям, так и задачам проектирования. В модели учитываются зависимости подвижности электронов от температуры, концентрации примесей, электрического поля и междолинных переходов, что расширяет область ее применимости. Определение плотности поверхностного заряда электронов в канале проводилось с помощью уравнения баланса зарядов, принимая во внимание наличие дырочного заряда в активном слое с собственной проводимостью, что обеспечило более точное вычисление плотности поверхностного заряда электронов. Реализация модели выполнена с использованием метода конечных разностей и метода Ньютона. Сопоставление результатов моделирования ВАХ AlGaAs/GaAs HEMT транзистора с длиной канала 500 нм с экспериментальными данными показывает адекватность предложенной модели. Разработанная модель дает возможность анализа быстродействия транзистора посредством количественной оценки внутренних емкостей и времени пролета электронами канала. Благодаря тому, что параметрами модели являются физически интерпретируемые величины и геометрия транзисторной структуры, она может быть применена для моделирования полевых транзисторов с различными структурными особенностями.

Скачать в PDF

Ключевые слова HEMT транзистор; диффузионно-дрейфовая модель; междолинные переходы; время пролета.
Библиографический список 1. Del Alamo J.A. Nanometre-scale electronics with III–V compound semiconductors // Nature.
‒ 2011. ‒ Vol. 479, No. 7373. ‒ P. 317.
2. Chung J.W., Hoke W.E., Chumbes E.M. [et al.] AlGaN/GaN HEMT With 300-GHz fmax // IEEE Electron Device Letters. ‒ 2010. ‒ Vol. 31, No. 3. ‒ P. 195-197.
3. Alabaf M., Saghai H.R. Room temperature HEMT detector in 0.1–1 THz // Optik-International Journal for Light and Electron Optics. ‒ 2017. ‒ Vol. 130. ‒ P. 407-412.
4. Lenka T., Panda A. Characteristics study of 2DEG transport properties of AlGaN/GaN and AlGaAs/GaAs-based HEMT // Semiconductors. ‒ 2011. ‒ Vol. 45, No. 5. ‒ P. 650-656.
5. Palankovski V., Quay R., Selberherr S. Industrial application of heterostructure device simulation // IEEE Journal of Solid-State Circuits. ‒ 2001. ‒ Vol. 36, No. 9. ‒ P. 1365-1370.
6. Chiu H.-C., Fu J. S., Chen C.-W. RF performance of GaAs pHEMT switches with various upper/lower δ-doped ratio designs // Solid-State Electronics. ‒ 2009. ‒ Vol. 53, No. 2.
‒ P. 181-184.
7. Askari M., Kaabi H., Kavian Y. S. A switched T-attenuator using 0.18 μm CMOS optimized switches for DC-20 GHz // AEU-International Journal of Electronics and Communications.
‒ 2015. ‒ Vol. 69, No. 12. ‒ P. 1760-1765.
8. Mil'shtein S., Liessner C. High speed switch using pairs of pHEMTs with shifted gates // Microelectronics journal. ‒ 2005. ‒ Vol. 36, No. 3-6. ‒ P. 316-318.
9. Mun J.-K., Oh J.-H., Sung H.-K. [et al.] Effects of doping concentration ratio on electrical characterization in pseudomorphic HEMT-based MMIC switches for ICT system // Solid-State Electronics. ‒ 2015. ‒ Vol. 114. ‒ P. 121-130.
10. Рындин Е.А., Хасан А.-С. А.А. Схемотехническая модель быстродействующего интегрального коммутатора с управляемой передислокацией максимума плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях // Известия ЮФУ. Технические науки.
‒ 2017. ‒ № 4 (189). ‒ С. 178-188.
11. Абрамов И.И. Основы моделирования элементов микро-и наноэлектроники // Book Основы моделирования элементов микро-и наноэлектроники / Editor LAP LAMBERT Academic Publishing, Германия, 2016.
12. Garber G.Z. Estimation of the accuracy of the microwave FET equivalent circuit using the quasi-hydrodynamic model of electron transport // Solid-State Electronics. ‒ 2015. ‒ Vol. 103. ‒ P. 115-121.
13. Palankovski V., Quay R. Analysis and simulation of heterostructure devices. ‒ Springer Science & Business Media, 2004.
14. Alim M.A., Rezazadeh A A., Gaquiere C. Multibias and thermal behavior of microwave GaN and GaAs based HEMTs // Solid-State Electronics. ‒ 2016. ‒ Vol. 126. ‒ P. 67-74.
15. Kallfass I., Schumacher H., Brazil T.J. A unified approach to charge-conservative capacitance modelling in HEMTs // IEEE microwave and wireless components letters. ‒ 2006. ‒ Vol. 16, No. 12. ‒ P. 678-680.
16. Khandelwal S., Yigletu F., Iñiguez B. [et al.] A charge-based capacitance model for AlGaAs/GaAs HEMTs // Solid-State Electronics. ‒ 2013. ‒ Vol. 82. ‒ P. 38-40.
17. Ward D.E., Dutton R.W. A charge-oriented model for MOS transistor capacitances // IEEE Journal of Solid-State Circuits. ‒ 1978. ‒ Vol. 13, No. 5. ‒ P. 703-708.
18. Agnihotri S., Ghosh S., Dasgupta A. [et al.] A surface potential based model for GaN HEMTs // Microelectronics and Electronics (PrimeAsia), 2013 IEEE Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in ‒ IEEE, 2013. ‒ P. 175-179.
19. Pozela J. Physics of high-speed transistors. ‒ Springer Science & Business Media, 2013.
20. Khandelwal S., Chauhan Y.S., Fjeldly T.A. Analytical modeling of surface-potential and intrinsic charges in AlGaN/GaN HEMT devices // IEEE Transactions on Electron Devices. ‒ 2012. ‒ Vol. 59, No. 10. ‒ P. 2856-2860.

Comments are closed.