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Kurzfassung

Das Ziel dieser Arbeit war es, einen Beitrag zur Entwicklung eines zweidimensionalen hydrodynamischen Simulators für Heterostrukturbauelemente zu leisten und seine Anwendbarkeit für die Bauelemententwicklung zu evaluieren. Mit Hilfe leistungsfähiger Simulationsprogramme kann die Entwicklung mikroelektronischer Bauelemente entscheidend vorangetrieben und der Aufwand an Material und Entwicklungszeit minimiert werden.

Mikroelektronische Bauelemente aus dem Bereich der III-V-Halbleiter gewinnen in der Hochfrequenztechnik immer mehr an Bedeutung. Feldeffekttransistoren auf der Basis von AlxGa1-xAs/InyGa1-yAs/GaAs Heterostrukturen konnten sich als sogenannte Heterostruktur Feld Effekt Transistoren (HFET) bereits auf dem Markt etablieren und gelten aufgrund der vielfältigen Anwendungs- und Entwicklungsmöglichkeiten weiterhin als zukunftsweisende Bauelemente.

Für die Entwicklung eines Bauelementsimulators wurden im Rahmen dieser Arbeit physikalische Modelle modifiziert oder erweitert, in den Simulationsalgorithmus implementiert und Modellparameter mit Hilfe verschiedener ein- und zweidimensionaler Simulationsprogramme extrahiert. Außerdem wurde die Möglichkeit der Anwendbarkeit eines Simulators zur Bauelemententwicklung durch direkten Vergleich von Simulations- mit Meßergebnissen verifiziert.

Neben der Erweiterung des Beweglichkeitsmodells wurde zur Beschreibung der dynamischen Ladungsträgerübergänge zwischen Störstellenniveaus und dem Leitungs- bzw. Valenzband ein Generations-/Rekombinationsmodell in den Simulator integriert. Hierfür wurde das konventionelle Modell von SHOCKLEY, READ und HALL als geeignete Grundlage identifiziert und durch Berücksichtigung der Ladungsträgertemperatur in Konsistenz mit der hydrodynamischen Modellierung erweitert. Mit Hilfe dieses dynamischen Modells konnte die besondere Bedeutung der materialabhängigen Konzentration sogenannter DX-Zentren nachgewiesen werden. Außerdem wurde gezeigt, daß Oberflächenzustände und tiefe Störstellen einen ähnlichen Einfluß auf die Bauelementeigenschaften haben.

Durch Messungen an nominell identischen Bauelementen an verschiedenen Positionen auf einem Wafer konnte weiterhin gezeigt werden, daß technologische Schwankungen zu Variationen der Bauelementparameter und damit zu Schwankungen der Bauelement-charakteristiken führen. Durch den Vergleich von Kapazitätsmessungen mit eindimensionalen Simulationen wurde der Gate-Kanal Abstand als ein entscheidender Parameter für die Charakteristiken des Bauelements identifiziert. Insgesamt ließ sich feststellen, daß alle Parameter, die durch Ätzverfahren beeinflußt werden, im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit als Fitparameter zur Anpassung der Simulationsergebnisse an die Messung dienen können.

Als Ergebnis steht nach der Implementierung der genannten physikalischen Modelle ein hochkomplexes Simulationsprogramm zur Verfügung, dessen Entwicklung damit zu einem vorläufigen Abschluß gelangt ist und bereits für einfache Heterostrukturbauelemente eine hervorragende Übereinstimmung zwischen Simulation und Messung zeigt.