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7.3.2 HFET mit Doppelbarrierenstruktur (HFET-2)

Der Aufbau des deltadotierten HFET-2 ist wie folgt [] (von oben nach unten, s. Abb. 7.5 u. 7.14):

   figure4469
Abbildung 7.14: Schliffbild eines Querschnitts des deltadotierten pseudomorphen HFETs mit Doppelbarrierenstruktur.

eine tex2html_wrap_inline9840 dicke undotierte tex2html_wrap_inline8106 Barrierenschicht, ein tex2html_wrap_inline9772 dicker undotierter tex2html_wrap_inline8100 Kanal und eine tex2html_wrap_inline9848 dicke untere Barrierenschicht gefolgt von einem semiisolierenden GaAs Substrat. Der Gate-Kanalabstand ist tex2html_wrap_inline9850 und die Gate-Länge ist tex2html_wrap_inline9852 mit symmetrischen Abständen von jeweils tex2html_wrap_inline9854 zu den Cap-Schichten (Recess).

     figure4477
Obere Abbildung 7.15: Transfercharakteristik des HFET-2 für tex2html_wrap_inline9794 .
Untere Abbildung 7.16: Steilheit des HFET-2 für tex2html_wrap_inline9794 .

tex2html_wrap_inline9758 oberhalb des Kanals in der oberen Barrierenschicht befindet sich eine Deltadotierung mit einer aktiven Dotierstoffkonzentration von tex2html_wrap_inline9756 (nachdem die Dotierung im Bereich von 1-2 Atomlagen erfolgt, wird sie als Flächenkonzentration angegeben). In der unteren Barrierenschicht befindet sich im Abstand von tex2html_wrap_inline9864 zum Kanal eine tex2html_wrap_inline9758 dicke Schicht, die eine Rückseitendotierung mit einer aktiven Dotierstoffkonzentration von tex2html_wrap_inline9760 enthält. Die Weite des Transistors ist tex2html_wrap_inline9790 . Die Messung erfolgte am Wafer an einem Transistor mit horizontalen Abmessungen von tex2html_wrap_inline9872 .

Für die Simulation des HFET-2 wurde das HD/DD-Modell mit dem TFE-Grenzflächenmodell verwendet, um den RST zu berücksichtigen und den Rechenaufwand möglichst gering zu halten. Die Simulation eines Arbeitspunktes benötigte etwa 500 Iterationsschritte, tex2html_wrap_inline9874 Arbeitsspeicher und tex2html_wrap_inline9876 CPU-Zeit mit einem HP9000/735 Computer (Taktfrequenz: tex2html_wrap_inline9878 ).

Abbildung 7.15 zeigt die Transfercharakteristik des HFET-2. Die HD/DD-Simulation zeigt eine gute Übereinstimmung mit den Meßdaten. Zum Vergleich wurde eine DD-Simulation durchgeführt, die jedoch eine zu geringe Steilheit und keine Sättigung für Gate-Spannungen unter tex2html_wrap_inline9880 zeigte. Die fehlende Sättigung ist auf das Fehlen des RST zurückzuführen. Die größere Steilheit der HD/DD-Simulation gegenüber der DD-Simulation ist durch den Velocity overshoot bedingt.

Die Transfercharakteristik kann in drei unterschiedliche Intervalle gegliedert werden, für die jeweils ein dominanter physikalischer Effekt identifizierbar ist.

     figure4520
Obere Abbildung 7.17: Elektronenkonzentration des HFET-2 für tex2html_wrap_inline9794 und tex2html_wrap_inline9886 .
Untere Abbildung 7.18: Elektronenkonzentration des HFET-2 für tex2html_wrap_inline9794 und tex2html_wrap_inline9896 .

   figure4535
Abbildung 7.19: Temperaturverteilung der Elektronen des HFET-2 im Kanal für tex2html_wrap_inline9794 und tex2html_wrap_inline9896 .

Abbildung 7.20 zeigt das simulierte Ausgangskennlinienfeld des HFET-2 im Vergleich mit den Meßdaten. Es mußte das Tunneln der Elektronen durch Verwendung des TFE-Grenzflächenmodells berücksichtigt werden, da das TE-Grenzflächenmodell gemeinsam mit dem HD/DD-Modell zwar die thermionische Emission der Elektronen berücksichtigt, jedoch für Drain-Source-Spannungen unter etwa tex2html_wrap_inline9912 die Temperatur der Elektronen nicht ausreicht, um die Energiebarriere zwischen dem Kanal und der oberen Barrierenschicht unter dem Drain-Kontakt zu überwinden. Der Tunneleffekt dominiert jedoch für kleine Drain-Source-Spannungen den Stromtransport. Da er exponentiell vom Normalfeld an der Grenzfläche abhängt, sind die Simulationen im ohmschen Bereich ungenau. Außerdem ermöglicht das implementierte Modell für den Tunneleffekt für kleine Gate-Spannungen ein zu einfaches Ausweichen der Elektronen in die untere Barrierenschicht wodurch die Drain-Source-Strom zu hoch ist.

   figure4547
Abbildung 7.20: Ausgangskennlinienfeld des HFET-2.


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