Уточнение природы 1/f шума на основании исследования естественного старения субмикронных планарных GaAs полевых транзисторов с затвором Шотки

• Автор: Моряшин, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Н. Новгород
• Количество страниц: 91 с.

1. Шум 1// ваАя эпитаксиальных пленок в модели бистабильных дефектов

1.1. Подвижность носителей тока

1.1.1. Рассеяние электронов на ионизованных примесях

1.1.2. Рассеяние на диполях

1.1.3. Рассеяние на нейтральных мелких донорах

1.1.4. Сравнительный анализ компонент подвижности носителей тока

1.2. Модель И/шума на основе ансамбля ДУС

1.2.1. Спектр СТП, образованного бистабильным дефектом

1.2.2. Синтез спектра 1//шума в модели ансамбля СТП

1.2.3. Оценивание высот потенциальных барьеров ДУС

1.3. Исследуемые образцы и экспериментальная установка

1.4. Анализ температурных зависимостей
1.4.1. Концентрация электронов
1.4.2. Полная подвижность электронов
1.5. Оценка флуктуаций подвижности, обусловленных переключением бистабильных дефектов
1.6. Исследование биспектра 11/шума
1.6.1. Введение
1.6.2. Измерение биспектра НЧ шума
1.6.3. Оценка биспектра 1/^шума
1.6.4. Оценка статистической ошибки измерения биспектра
1.7. Заключение к первой главе
2. Фликкерный шум субмикронных полевых транзисторов с затвором Шотки
2.1. Измерительная аппаратура
2.1.1. Установка для измерения вольтамперной характеристики
2.1.2. Установка для шумовых измерений
2.2. Вольтамперные характеристики
2.2.1. Моделирование ВАХ
2.2.2. Экспериментальные данные
2.2.3. Обсуждение параметров модели
2.3. Исследование спектра II/шума
2.3.1. Интенсивность 1//шума разных областей канала транзистора
2.3.2. Диполи в качестве бистабильных дефектов
2.3.3. Проявление естественного старения ПТШ в 1//шуме

2.3.4. Исследование параметра формы спектра шума
2.3.5. Токовые зависимости
2.4. Выявление и тренировка потенциально нестабильных образцов
2.5. Заключение ко второй главе
Заключение
Приложение 1. Основные характеристики приборов установки для измерения 1//шума
Приложение 2. Программный комплекс для исследования НЧ шума ПТШ
Список литературы
Список условных обозначений

Общая характеристика диссертации
Диссертация посвящена исследованию 1// (фликкерного) шума планарных субмикронных полевых транзисторов с затвором Шотки (ПТШ) на основе арсенида галлия. Лучшие характеристики и повышенная надежность ваАв транзисторов, по сравнению с приборами на основе кремния, сделали их основными для разработки СВЧ аппаратуры. Исследование природы шума имеет принципиальное значение для решения важной народнохозяйственной задачи создания малошумящих приборов высокого качества.
Актуальность темы диссертационной работы
Одним из направлений современной радиофизики является исследование статистических характеристик шумов с целью изучения свойств источников шумов. К наиболее распространенным шумам относятся: тепловой; дробовой; генерационно-рекомбинационный; шум, обусловленный температурными флуктуациями; а также фликкерный шум. Рассмотрим эти шумы несколько подробнее.
Тепловой шум вызывается случайным движением заряда в любом проводнике. Вследствие этого движения на концах проводника возникает флуктуирующая электродвижущая сила К(7). Этот источник шума присутствует в любом устройстве, имеющем электрическую природу и находящемся в тепловом равновесии с окружающей средой.
Дробовой шум связан с дискретностью тока, представленного потоком заряженных частиц. Здесь шум рассматривается как последовательность независимых случайных событий. Например, в случае испускания электронов термокатодом или фотокатодом эмиссия электронов представляет собой последовательность независимых случайных событий. Следовательно, в эмиссионных токах наблюдается дробовой шум. Для обследованных в работе полупроводниковых приборов мощность дробового шума на несколько порядков меньше мощности фликкерного.
Генерационно-рекомбинационный шум возникает, когда свободные носители генерируются или рекомбинируют в полупроводниковом материале. Акты генерации и рекомбинации могут рассматриваться как последовательности независимых случайно возникающих событий. Возникающие флуктуации концентрации носителей заряда дп приводят к возникновению флуктуаций сопротивления 8Я образца.
Шум, обусловленный температурными флуктуациями небольшого тела (источника шума), возникает из-за теплообмена между этим телом и окружающей его средой из-за флуктуаций испускаемого и поглощаемого излучения. Этот процесс можно описать флуктуациями скорости испускания и поглощения квантов малым телом. Существуют и флуктуации теплообмена, поскольку тело должно иметь теплопроводящие элементы (провода, соединения и т.д.), связанные с окружающим пространством. При обтекании источника шума газом (воздухом) или жидкостью возникают также флуктуации конвективного теплообмена; однако они не существенны, поскольку могут быть исключены с использованием соответствующих методов.

Результаты моделирования семейства ВАХ на рис. 2.4 и 2.5 представлены сплошными линиями. Моделирование выполнено с погрешностью не более 5 процентов.
Параметры ПТШ, используемые в модели:
- длина канала Гса=0,6 мкм;
- ширина канала Ж=800 мкм (8 секций по 100 мкм);
- высота пассивной области Ира!=0,2 мкм.
Величина встроенного потенциала подбиралась с учетом диапазона значений, характерных для ваАя [107]. Усредненные значения параметров, полученных при обработке семейств ВАХ, приведены в табл. 2.1.
Таблица 2
Год р [см2/(В-с)] п [1/см3] [Ом] й0 [нм] Уы [В]
2002 1000 1,44-1017 13,7 163 0,73
2005 2 200 1,45-1017 2,0 163 0,73
Для оценки точности определения подбираемых параметров исследована устойчивость модели к их изменению. Поочередно варьировался каждый параметр при фиксированных значениях остальных. В качестве меры расхождения семейства модельных и экспериментальных ВАХ рассматривалось относительное отклонение напряжения между точками с одинаковыми значениями тока:
5У= Ем8р + Е„дп + £д4(Я?4 + Е^ЗИ^ + Е щЗУ(2.3.4)
Здесь Ер - модуляционная чувствительность, определяемая частной производной напряжения сток-исток по подбираемому параметру р:

р=р,п, Я4, Ло, Уы- (2.3.5)
В табл. 2.2 (вторая строка) приведены найденные значения модуляционной чувствительности по каждому из подбираемых параметров. Третья строка той же таблицы содержит значения максимально возможной погрешности 5ртах для каждого подбираемого параметра, соответствующей точности моделирования семейства ВАХ, составляющей 5У= 5%.
Таблица 2
V и Л4 йо Уы
Ер 1,0 1,7 0,8 3,0 0,8
Фиат 5% 3% 6% 2% 6%
Данные, приведенные в таблице 2.1, отражают увеличение подвижности носителей тока в 2,2 раза и уменьшение сопротивления области “4” в 6,6 раз. Встроенный потенциал, высота открытого канала и концентрация электронов в канале с течением времени практически не изменились.