Квазигидродинамическое моделирование высокополевого электронного дрейфа в полупроводниковых субмикронных структурах с периодическими неоднородностями

• Автор: Якупов, Марат Назирович
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава I. Физикоматематические основы моделирования электронного дрейфа в наноразмерных полупроводниковых структурах

1.1 Принципы квазигидродинамической модели

электронного транспорта в полупроводниках

1.2 Алгоритм реализации квазигидродинамической модели с использованием итерационного формирования структурных особенностей
1.3 Апробация метода. Результаты сравнительного моделирования эффекта насыщения скорости дрейфа
Глава II. Квазигидродинамическое моделирование электропроводности наноразмерных многослойных полупроводниковых структур
2.1 Электропроводность селективно легированных наноразмерных структур. Локальное охлаждение. Отсутствие насыщения скорости.
2.2 Электропроводность наноразмерных гетероструктур в сильном электрическом поле. Нелинейность характеристик.
2.3 Многослойные наноразмерные гетероструктуры легированные сверхрешетки. Срыв тока отрицательное дифференциальное сопротивление
Глава III. Моделирование электронных процессов в субмикронных МОП транзисторных структурах. Секционирование канала как метод повышения крутизны и управляющей способности.
3.1 Сверхскоростной электронный дрейф в полевых полупроводниковых структурах с секционированным каналом
3.2 Квазигидродинамическая модификация приближения плавного канала в теории МОПтранзистора
3.3 Апробация развитой квазигидродинамической модели Заключение
Литература


Выявлена существенная нелинейность электропроводности сильно легированных многослойных гетероструктур и установлен характер изменений соответствующего пика дифференциальной проводимости в зависимости от структурных параметров. Предсказан эффект отрицательной дифференциальной проводимости сильнолегированных многослойных гетероструктур и проведен физический анализ природы его возникновения. Показано, что согласно численным экспериментам, проведенным на основе развитой квазигидродинамической модели транзистора, секционирование канала полевых транзисторов промежуточными низкоомными квазистоковыми наноразмерными включениями должно обеспечить существенное повышение крутизны, управляющей способности, быстродействия и долговременной стабильности приборных характеристик. Практическая ценность работы заключается в том, что полученные в ней новые закономерности электропроводности нано-размерных полупроводниковых структур сложных конфигураций в том числе и полевых транзисторов важны при решении практических задач конструирования, моделирования, надежности и повышения выхода годных СБИС и СВЧ-транзисторов. Диссертация состоит из введения, трех основных глав, заключения и списка цитируемой литературы. Первая глава диссертации посвящена описанию физико-математических основ моделирования электронного дрейфа в нано-размерных полупроводниковых структурах, в которых, вследствие высоких градиентов электрического поля возникают большие градиенты температуры электронного газа. В разделе 1. А также приведено выражение для потока электронной плотности с учетом всех его компонент - дрейфовой, диффузионной и термо-диффузионной, и выражение для потока тепловой энергии, включающее в себя теплопроводную и конвективную компоненты. Показано, что закон изменения времени энергетической релаксации от температуры электронного газа согласован с формулой для подвижности электронов. В следующем разделе 1. Проведен детальный анализ дискретизации уравнений непрерывности электронного потока и энергетического баланса и предложен итерационный процесс построения резких профилей легирования или формирования резких границ полупроводников с разной шириной запрещенной зоны. В разделе 1. С использованием альтернативных зависимостей подвижности и времени энергетической релаксации от электронной температуры, рассчитываются профили распределения потенциала, температуры, дрейфовой скорости и плотности потока тепловой энергии электронов. Показано, что в субмикрон-ной ситуации существенная часть тепловой энергии приобретаемой электроном в высокоомной и-области рассеивается в низкоомном п+-контакте. Этот эффект снижает темп нарастания электронной температуры в пролетной области с ростом напряжения, повышает эффективную подвижность и препятствует насыщению дрейфовой скорости. Вторая глава диссертации посвящена квазигидродинамиче-скому моделированию электропроводности наноразмерных многослойных полупроводниковых структур. В ее первом разделе методами математического моделирования исследуются характерные особенности высокополевого дрейфа электронов в многослойных п+-п — п+ структурах с существенным рельефом концентрации примеси в высокоомной части. Показывается, что секционирование высокоомной пролетной и-области дополнительными низкоомными п4 -включениями наноразмерной протяженности существенно снижает температуру электронного газа, повышает эффективную подвижность носителей, а, следовательно, и высокополевую электропроводность структуры за счет соответствующего повышения дрейфовой скорости. В разделах 2. Показано, что характерной особенностью электропроводности слоистых гетероструктур является либо пик дифференциальной проводимости, положение и величина которого определяется высотой и крутизной гетеробарьеров, либо, так называемая, петля бистабильности, отвечающая тер-моинжекционной неустойчивости. Предлагается физическая модель, интерпретирующая форму расчетных характеристик кумулятивным действием электростатического снижения высоты гетеробарьеров и ростом электронной температуры в окрестности инжектирующих гетерограниц. Третья глава диссертации посвящена моделирование электронных процессов в субмикронных МОП - транзисторных структурах.