23. Сравнительная характеристика подложек на основе кремния и арсенида галлия. Структура и принцип действия полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник.
При разработке полевых транзисторов с управляющим переходом металл-полупроводник и микросхем на их основе используются следующие преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием:
Более высокие подвижность электронов в слабых электрических полях и скорость насыщения в сильных полях;
Большая ширина запрещенной зоны и, как следствие, значительно более высокое удельное сопротивление нелигированного арсенида галлия, позволяющее создавать полуизолирующие подложки микросхемы.
По этим причинам наиболее оптимальным активным элементом, позволяющим реализовать в микросхемах преимущества арсенида галлия по сравнению с кремнием, является полевой транзистор с управляющим переходом металл-полупроводник (МЕП-транзистор).
Пороговое напряжение МЕП-транзисторов зависит от толщины, степени легирования канала и расстояния от затвора до канала. Если пороговое напряжение меньше нуля, то при отсутствии напряжения на затворе транзистора канал является проводящим и транзистор называется нормально открытым. Если пороговое напряжение больше нуля и нулевом напряжении на затворе канал полностью перекрыт обедненной областью перехода, транзистор является нормально закрытым.
24. Гетероструктуры на основе арсенида галлия. Явления сверхинжекции в гетеропереходах. Гетеропереходные биполярные транзисторы.
Рассмотрим зонную диаграмму гетероперехода при прямом внешнем смещении, когда переход открыт и через него течет ток.
Благодаря скачку дна зоны проводимости электронный квазиуровеньEF,nв области p- типа вблизи перехода оканчивается выше EС. Так возникает неравновесный вырожденный электронный газ с высоким значением концентрации электронов. Такой рост в концентрации неравновесных электронов в р-полупроводнике пр протекании тока называют сверхинжекцией.
Гетеропереходные биполярные транзисторы:
Основное преимущество перед обычным биполярным транзистором – подавление инжекции неосновных носителей в эмиттер, что позволяет путем увеличения легирования уменьшить сопротивление базы. Низколегированная база существенно ограничивает быстродействие биполярного транзистора
Использование гетероперехода в качестве перехода эмиттер – база снимает ограничение на быстродействие биполярного транзистора. На рис. Приведена зонная структура гетеропереходного транзистора n-p-nтипа, в котором в качестве эмиттерной области использован широкозонный полупроводник.
Поскольку образующий эмиттер полупроводник имеет более широкую запрещенную зону, чем тот, что образует базу, энергетический барьер для инжекции дырок, в эмиттер выше, чем барьер для инжекции электронов их эмиттера в базу.
25. Понятие двумерного электронного газа. Использование гетероперехода при создании полевых приборов. Hemt транзистор на основе арсенида галлия.
С
огласно
энергитической диаграмме гетероперехода,
в арсениде галлия у границы перехода в
зоне проводимости образуется область
минимума энергии электронов, в которой
происходит их накопление. В результате
в этой области образуется обедненный
слой, имеющий избыточный положительный
заряд нескомпенсированных доноров.
Электроны, накопленные в области 3,
находятся в потенциальной яме и в слабых
энергетических полях могут перемещаться
только параллельно границе перехода.
Поэтому совокупность электронов в
области 3 называют двумерным электронным
газом. Поскольку рост концентрации
носителей связан с повышением степени
легирования, то в результате снижается
подвижность и быстродействие прибора.
Использование области двухмерного газа
позволило решить это противоречие.
Такие структуры получили название
транзисторной структуры с высокой
подвижностью-НЕМТ.
В обращенном НЕМТ узкозонный слой GaAs, в котором формируется канал,
расположен между барьерным контактом и широкозонным гетерослоем
AlGaAs. Такая структура имеет некоторые преимущества. В частности,
открытая поверхность GaAs более стабильна, чем AlGaAs. Кроме того,
«подзатворный диэлектрик», роль которого исполняет нелегированный слой
GaAs, обеспечивает более высокую воспроизводимость порогового
напряжения. Наиболее широкая область применения НЕМТ на полупроводниках А3В5 – широкополосные системы связи и передачи данных.