Динамічна модель фізичних процесів у польових транзисторах із затвором Шоттки субмікронних розмірів - Автореферат

У звязку з розширенням елементної бази пристроїв та систем, що працюють на частотах до сотень ГГЦ і вище, приладів, заснованих на балістичних ефектах, набула особливої значимості задача створення фізичних і математичних моделей, які адекватно описують швидкоплинні процеси, що відбуваються в напівпровідникових приладах (НПП) субмікронних розмірів. Моделі ПТШ, що існують, незадовільно описують фізичні процесі, які протікають у приладі в умовах неномінального режиму роботи та здатні приводити до деградації в структурах приладу або його катастрофічному відмовленню. Розроблена модель дозволяє: дати рекомендації з вибору параметрів матеріалу при конструюванні НПП на гарячих електронах, оцінити межу балістичного ефекту в НПС, досліджувати вплив процесів розсіяння, геометричних та режимних параметрів на характеристики вже готових НПП. Модель може використовуватися як у практичних цілях розроблювачами НПП із метою визначення найбільш оптимальних конструктивних і режимних параметрів при розробці ПТШ, так і для теоретичних досліджень швидкоплинних фізичних процесів у кристалі напівпровідника та НПП, механізмів взаємодії електронів провідності в напівпровіднику з електромагнітним полем і вплив різних механізмів розсіяння на процес переносу заряду у НПС субмікронних розмірів. Для досягнення поставленої мети необхідно розвязати такі задачі: проаналізувати існуючі методи та наближення, які використовуються при моделюванні НПП; обґрунтувати метод і відповідні наближення, що будуть використані при моделюванні приладів субмікронних розмірів; провести аналіз механізмів розсіяння вільних носіїв заряду в GAAS і розробити математичну модель, що описує процеси дрейфу електронів у НПС; розробити модель руху електронів через контакти метал-напівпровідник, для спільного використання з моделлю НПС; обєднати розроблені моделі, доповнивши їх рівнянням теплопровідності, у загальну модель ПТШ, яка дозволяє проводити розрахунок приладу з урахуванням процесів розсіяння, явищ на контактах метал-напівпровідник і процесів розігріву та локалізації тепла в активній області транзистора; розробити програмний пакет моделювання уніполярних НПП субмікронних розмірів, що реалізує створену модель ПТШ; продемонструвати адекватність створеної моделі за допомогою розрахунку інтегральних характеристик ПТШ та порівняння їх з експериментально одержаними характеристиками транзистора з аналогічними параметрами; провести дослідження впливу параметрів НПС на її динамічні характеристики та розробити рекомендації зі створення швидкодіючих НПП; дослідити вплив геометричних, режимних та часово-частотних параметрів на характеристики ПТШ; провести аналіз шумових властивостей транзисторів, що використовуються у приймально-передавальній апаратурі; проаналізувати можливість використання ПТШ субмікронних розмірів як модулятора; провести чисельне дослідження процесів, що протікають у ПТШ під впливом імпульсу напруги високої амплітуди, здатного привести до деградації приладу.У рамках цього наближення, процеси у НПП описуються функцією розподілу електронів в активній області приладу, що знаходиться при вирішенні кінетичного рівняння Больцмана з відповідними граничними умовами. В другому розділі "Модель для розрахунку методом великих частинок фізичних процесів, що відбуваються в напівпровідникових приладах субмікронних розмірів" розглянуто особливості кінетичного наближення та метод великих часток, визначені межі застосовності обраного наближення та розроблено чисельну модель для розрахунку НПС та ПТШ на GAAS. В цьому разі процеси в НПП описуються системою рівнянь Больцмана для функцій розподілу вільних носіїв заряду: де - функція розподілу носія заряду, - тип носія, - швидкість руху носія, - сила, що діє на носій заряду з боку електричного поля у приладі, - інтеграли зіткнень, що описують взаємодію носіїв із ґратками та між собою. У роботі розглядаються такі механізми розсіяння: розсіяння на оптичних та акустичних фононах кристалічних ґраток, міждолинний перехід з основної Г-долини в бокові L-та Х-долини зі зміною ефективної маси електрона, розсіяння на іонах домішки, електронно-електронне розсіяння, розсіяння на точкових дефектах кристалічних ґраток, зумовлених нейтральними атомами домішок, та на дислокаціях. На кожному кроці розвязку виконується наступний алгоритм: 1) для кожної великої частинки по обчислюється випадковий час вільного прольоту , що залежить від її енергії та параметрів матеріалу; 2) за час розвязуються рівняння руху; 3) за частотами розсіяння методом Монте-Карло визначаються випадковий механізм розсіяння, енергія та квазіімпульс великої частинки відповідно до типу центра розсіяння.