Eine Analyse des Einflusses verschiedener Parameter auf das Bauelementverhalten ist mit dem eindimensionalen Simulationsprogramm SPS nur mit Einschränkungen möglich, da die einzige, der Messung direkt zugängliche Größe, die SPS berechnen kann, die Gatekapazität ist. Allerdings beeinflußt die Gatekapazität die Transitfrequenz ft, weshalb eine nähere Betrachtung sicher sinnvoll ist. Außerdem kann von der Elektronendichte im Q2DEG (ns) zumindest tendenziell auf den zu erwartenden Drainstrom geschlossen werden, weshalb sich eine Betrachtung auch dieser Größe lohnt. Alle folgenden Simulationen wurden für einen DH-HFET durchgeführt, die Ergebnisse sind jedoch auch auf andere Bauelemente anwendbar.
Mit abnehmender effektiver Dicke der dotierten AlxGa1-xAs-Schicht unter dem Gate verringert sich der Gate-Kanal Abstand im gleichen Maß. Damit verringern sich auch die Flächenladungsdichten im Bereich des SCHOTTKY-Kontakts, bzw. am Heteroübergang. Das Ladungskontrollverhalten (ns vs. VG) und die C-V Charakteristiken werden dadurch in Richtung positiver Spannungen verschoben (Abb. 5.7).
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Abbildung 5.7: Elektronenkonzentration des Q2DEG und Gatekapazität
eines DH-HFET. Parameter ist die effektive Dicke der dotierten
AlxGa1-xAs-Schicht.
Der Zusammenhang zwischen Verschiebung und Änderung des Gate-Kanal Abstands ist nicht linear. Die Steigung im Wendepunkt des Plateaus der C-V Kurven wird größer und der Kapazitätswert des Wendepunktes selbst nimmt ebenfalls zu. Mit der Abnahme des Gate-Kanal Abstands werden demnach die ns- und CG-Charakteristiken nicht nur horizontal in ihrer VG-Abhängigkeit verschoben, sondern die Gatekapazität auch insgesamt erhöht. Das bedeutet zwar eine Verbesserung des Ladungskontrollverhaltens, kann jedoch auch in einer Abnahme der Grenzfrequenz ft resultieren.
Eine Variation der Dotierstoffkonzentration um ±2×1017 cm-3 - wie sie bei der Prozessierung auftreten kann - bedeutet auch eine Variation der Ladungsträgerdichte des Q2DEG bei gleicher Gatespannung und wirkt sich daher als lineare Verschiebung des Ladungskontrollverhalten und damit der Gatekapazität aus (Abb. 5.8). Im oberen Bereich der C-V Kennlinie ist mit zunehmender Dotierstoffkonzentration auch eine Abnahme der Steigung zu beobachten. Um die Lage der Leitungsbandkante relativ zum FERMI-Niveau zu beeinflussen und damit den Effekt einer Reduzierung des Gate-Kanal Abstands in diesem Punkt auszugleichen, muß jedoch die Dotierstoffkonzentration um ein Vielfaches erhöht werden. Hierfür kommt nur die bereits genannte d-Dotierung in Betracht.
Dieser Parameter wirkt sich in der SPS-Simulation wie ein zusätzliches Gatepotential aus. D.h. bei Erhöhung der SCHOTTKY-Barriere werden die ns-, bzw. CG-Kennlinien lediglich geringfügig parallel zur Abzisse verschoben. Das SCHOTTKY-Barrierenpotential hängt nicht von der Dotierung des Halbleitermaterials unter dem Gate ab, zeigt jedoch eine leichte Temperaturabhängigkeit [104]. Im allgemeinen liegt es bei VB = 0.9 ± 0.1 V. In diesem Bereich kann es ohne weiteres als Anpassungsparameter von Simulation und Messung verwendet werden.
Unter Berücksichtigung der Genauigkeit des MBE-Prozesses variiert dieser Parameter nur in sehr geringen Grenzen. Außerdem wurde zwischen den Kennlinien mit dCh = 10 nm und dCh = 15 nm kein Unterschied festgestellt. Offensichtlich hat die Breite des InyGa1-yAs-Kanals weit weniger Einfluß auf die Konzentration von Ladungsträgern im Q2DEG, als dies der Vorstellung entspricht.
Abbildung 5.8: Elektronenkonzentration des Q2DEG und Gatekapazität eines DH-HFET. Parameter ist die Dotierstoffkonzentration der Supplyschicht.