Увеличение удельной выходной мощности и коэффициента усиления DpHEMT - транзисторов за счет повышения степени локализации горячих электронов в канале

• Автор: Лукашин, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛОКАЛЬНОГО РАЗОГРЕВА ЭЛЕКТРОНОВ В ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ
1.1. ПОПЕРЕЧНЫЙ ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ ПЕРЕНОС В ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ НА ГЕТЕРОСТРУКТУРАХ С СЕЛЕКТИВНЫМ ЛЕГИРОВАНИЕМ

1.1.1. Описание модели

1.1.2. Исследование границ применимости квазигидродинамических моделей в гетерострукутурных полевых транзисторах
1.2. ОСОБЕННОСТИ НЕЛОКАЛЬНОГО ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ В МОЩНЫХ ГЕТЕРОСТРУКТУРНЫХ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

1.2.1. Оценка области нелокального тепловыделения в мощных полевых транзисторах

1.2.2. Поперечный пространственный перенос электронов и особенности локализации домена сильного поля в гетероструктурных полевых транзисторах
1.3. ОСОБЕННОСТИ НЕЛОКАЛЬНОГО РАЗОГРЕВА ЭЛЕКТРОНОВ В ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ НА ОСНОВЕ НИТРИДА ГАЛЛИЯ

1.4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ОрНЕМТ ТРАНЗИСТОРОВ НА ОСНОВЕ ГЕТЕРОСТРУКТУР С ЛОКАЛИЗУЮЩИМИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫМИ БАРЬЕРАМИ
2.1. ПРЕДПОСЫЛКИ РАЗРАБОТКИ (ОА)-ОрНЕМТ ГЕТЕРОСТРУКТУР
2.2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ (DA)-DpHEMT ТРАНЗИСТОРОВ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ ИХ ХАРАКТЕРИСТИК
2.3. АНАЛИЗ ФИЗИЧЕСКИХ МЕХАНИЗМОВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ УЛУЧШЕНИЕ ВЫХОДНЫХ СВЧ ХАРАКТЕРИСТИК (DA)-DpHEMT ТРАНЗИСТОРОВ
2.5. МОЩНЫЕ (DA)-DpHEMT ТРАНЗИСТОРЫ, НАИБОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНО РАБОТАЮЩИЕ ПРИ НАПРЯЖЕНИИ НА ЗАТВОРЕ РАВНОМ НУЛЮ
2.5. РАЗРАБОТКА ОМИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ИСТОКА И СТОКА (DA)-DpHEMT ТРАНЗИСТОРОВ
2.6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Твердотельная сверхвысокочастотная (СВЧ) электронная компонентная база (ЭКБ), одним из важнейших элементов которой остаются усилители мощности на полевых транзисторах, активно востребована для разработки огромного числа различных радиоэлектронных систем. Полевые транзисторы с барьером Шоттки (ПТШ) на арсениде галлия, других соединениях А3В5 и различных гетероструктурах на их основе, остаются основными активными элементами ЭКБ для диапазона частот от единиц до сотен ГГц.
Считается, что традиционные мощные СВЧ ПТШ в исполнении рНЕМТ (pseudomorphic high electron mobility transistor) на основе псевдоморфных AlGaAs-InGaAs-GaAs гетероструктур в ближайшее время будут практически полностью вытеснены из сантиметрового и длинноволновой части миллиметрового диапазона длин волн приборами на широкозонных гетероструктурах. В России, несмотря на отдельные удачные лабораторные разработки, создание промышленной технологии приборов на широкозонных гетероструктурах еще далеко от завершения. Требования экономической независимости и национальной безопасности России приводят к необходимости создания отечественной СВЧ ЭКБ, сравнимой по параметрам с серийными мировыми аналогами, но с учетом возможностей уже имеющихся технологий и оборудования. Представленная работа базируется на уже внедренной серийной технологии DpHEMT (рНЕМТ с двухсторонним наполнением канала электронами), что обеспечивает ее актуальность.
Считается, что любая оптимизация гетероструктур для серийных рНЕМТ транзисторов не позволяет получать удельную выходную СВЧ мощность заметно больше 1 Вт/мм на частоте 10 ГГц, но в данной работе на практике продемонстрировано существенное увеличение выходной СВЧ мощности транзистора и коэффициента усиления.
Существенное увеличение выходной СВЧ мощности и коэффициента усиления транзистора обеспечивается увеличением максимального (при положительном потенциале затвора) тока стока в условиях сильного разогрева

однородном поле скорости электронов в разных слоях, рассчитанные по уравнениям (7 в, г) и (8а, б) будут отличаться. Эти отличия в свою очередь приведут (см. уравнения (7д, е)) к разнице в средних энергиях электронов по слоям. Это приведет к изменению времен переходов между слоями (они экспоненциально зависят от энергии) и соответственно к изменению ширины областей локализации электронов в слоях гетероперехода и поверхностной плотности электронов в каждом слое. Этот весьма сложный процесс и приводит к существенной разнице в результатах расчетов по ГДМ и ТМ на больших расстояниях за затвором транзистора, грубо говоря, при практически стационарном дрейфе электронов. Соответственно отличаются результаты расчетов и под затвором, там, где на разогрев электронов слабо влияет генерационно - релаксационный член уравнений и дрейфовая скорость сильно превышает величину в максимуме ее зависимости от напряженности электрического поля. Как отмечалось ранее [6], даже при влете в область сильного поля под затвором из-за этого эффекта нелокальности, неточность в определении энергии электронов сказывается на длинах много больших, чем длина релаксации импульса. К этому добавляется еще и сильное влияние поперечного пространственного переноса между соседними слоями, что и приводит к столь заметной разнице в распределениях дрейфовой скорости при расчетах по ГДМ и ТМ. В гетероструктуре 1п0,52А1о,48А5-1по,5зОао,47А8 разрыв дна зоны проводимости заметно больше, чем в гетероструктуре АЬдСраолАь-ОаАь, потенциальная яма в узкозонном слое уже, а концентрация электронов в ней выше. Соответственно выше и потенциальный барьер между основным квантовым уровнем в яме канала и широкозонным материалом. В этих условиях даже небольшая неточность в величине дрейфовой скорости электронов, а соответственно и в их энергии, приводит к заметно большей разнице в конечных результатах. При этом даже в условиях, когда поперечный пространственный перенос мал, результаты моделирования транзистора на гетероструктуре 1по,52 А10,48 Аб -1 По,С Во, 47 Аэ оказываются более чувствительными к выбору модели, чем транзистор на гетероструктуре А10,3Сао,7 Ая - СаАя.