3.3. Задания для самостоятельного выполнения

1) Рассчитаем управляющую характеристику изучаемого транзистора при напряжении на стоке VDRAIN = 5 В.

Модифицируем секцию Solve так, чтобы транзистор был сначала выведен в рабочую точку (VDRAIN = 5 В) при нулевом напряжении на затворе, а затем напряжение на затворе изменялось от VGATE = 0 В до напряжения VGATE = – 3 В.

При расчете управляющей характеристики выходному файлу присвоим префикс transfer_curve_.

File {

Grid = "Shottky3_msh.tdr"

Plot = "transfer_curve_plot_Shottky3.tdr"

Current = "transfer_curve_current_Shottky3.plt"

Output = "logfile"

}

Electrode {

{ Name= "source" Voltage=0.0 }

{ Name= "drain" Voltage=0.0}

{ Name = "gate" Voltage=0.0 Schottky Barrier=0.7 }

}

Physics {

Mobility (DopingDependence HighFieldSat Enormal)

EffectiveIntrinsicDensity (BandGapNarrowing (OldSlotboom))

}

Plot {

eDensity hDensity eCurrent hCurrent

Potential SpaceCharge ElectricField

eMobility hMobility eVelocity hVelocity

Doping DonorConcentration AcceptorConcentration

}

Math {

Extrapolate

RelErrControl

}

Solve {

## initial solution

Poisson

Coupled { Poisson Electron }

Save (FilePrefix = "Vd0_")

## ramp gates to

Load(FilePrefix = "Vd0_")

NewCurrentPrefix = "Vd5_"

Quasistationary ( InitialStep = 1e-3 MinStep = 1e-4 MaxStep = 2e-2

Goal { Name = "drain" Voltage = 5 }

){ Coupled { Poisson Electron } }

Save (FilePrefix = "Vd5_")

## load initial solutions and ramp drain to 5 V

Load(FilePrefix = "Vd5_")

NewCurrentPrefix = "Vd5_Vg-3_"

Quasistationary (InitialStep = 1e-3 MinStep = 1e-4 MaxStep = 2e-2

Goal { Name = "gate" Voltage = -3 }

){ Coupled { Poisson Electron }

Plot ( Time = ( 1 ) NoOverwrite ) }

}

Рассчитанную управляющую характеристики визуализируем в SVisual (рис. 4).

Рис. 4. Управляющая характеристика ПТШ

2) Продемонстрируем влияние положения затвора относительно истока на вид управляющей характеристики исследуемого ПТШ.

При расчетах используем величину зазора между правым краем истока и левым краем затвора 0.5 мкм и 1 мкм при длине самого затвора 0.5 мкм.

Изменение положение контакта затвора будем выполнять в SDE, затем после генерации новой сетки будем рассчитывать графики с помощью SDevice.

Полученные характеристики см. на рис. 5.

Рис. 5. Управляющая характеристика ПТШ при нахождении затвора ближе к истоку (красная), в центре (зеленая), ближе к стоку (синяя)

3) Продемонстрируем влияние длины затвора на вид управляющей характеристики исследуемого ПТШ. При варьировании длины затвора используем значения длин: 0.1 мкм, 0.25 мкм, 0.75 мкм, 1 мкм.

Пример построения модели в SDE и графики приведены на рис. 6 и 7.

Рис. 6. Пример ПТШ с измененной длиной затвора в SDE

Рис. 7. Управляющие характеристики ПТШ при варьировании длины затвора (0.1, 0.25, 0.75, 1 мкм)

4. AlGaAs/GaAs транзистор

Далее выполним создание проекта для гетероструктурного AlGaAs/GaAs транзистора с высокой подвижностью электронов (HEMT).

Основным отличием данного вида транзистора GaAs HEMT от GaAs ПТШ является то, что ток в GaAs HEMT течет в нелегированном слое GaAs, в то время как в ПТШ ток течет в канале, легированном до уровня 3,5*10¹⁷ см^–3.

Уровень легирования существенно влияет на подвижность носителей заряда в полупроводнике, а следовательно, и на рабочие характеристики транзистора. Для того чтобы обеспечить максимальную подвижность, концентрацию легирующей примеси необходимо минимизировать. Однако если не легировать канал GaAs ПТШ, то в нем не будет течь ток, так как нелегированный GaAs является полуизолятором. Для того чтобы обойти это ограничение, используется гетеропереход AlGaAs/GaAs.

Контактный слой широкозонного полупроводника AlGaAs легируется до уровня 10¹⁸ см^–3, канал GaAs остается нелегированным. Так как на гетеропереходе AlGaAs/GaAs образуется квантовая яма, то часть электронов из легированного контактного слоя попадает в эту яму, которая располагается в канальном слое GaAs. Таким образом, в области канала образуется двумерный электронный газ, подвижность электронов которого гораздо больше, чем в стандартном GaAs ПТШ.