InAs-AlSbHEMT低溫特性的仿真研究.pdf

1、InAs/AlSb HEMT作為銻基化合物半導(dǎo)體(ABCS)器件的代表，具有很高的電子遷移率和電子飽和漂移速度，窄帶隙以及深的量子阱，這些優(yōu)勢(shì)使其在高速低功耗應(yīng)用方面有著很大的發(fā)展前景，引發(fā)了國(guó)際上科技工作者的研究熱潮，有望成為未來(lái)HEMT器件的主流研究方向。近年來(lái)，國(guó)際上對(duì)InAs/AlSb HEMT從材料特性到器件性能到電路都有大量報(bào)道，但由于我國(guó)的研究起步很晚，目前器件還在制備階段，因此對(duì)其器件特性的研究?jī)H能通過(guò)仿真來(lái)進(jìn)行，本文正

2、好填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在InAs/AlSb HEMT器件仿真研究方面的空白，在器件基礎(chǔ)研究方面具有很大的意義。
　　本文的主要工作為InAs/AlSb HEMT器件的低溫特性仿真研究。首先確定選用國(guó)際上廣泛采用的外延結(jié)構(gòu)上層AlSb勢(shì)壘Te調(diào)制摻雜，常溫下可以得到遷移率（17300 cm2/V·s）以及電子濃度可以達(dá)到（2.5×1012cm-2）的折中。其次，對(duì)HEMT器件的兩個(gè)主要參數(shù)電子遷移率以及2DEG濃度的低溫特性進(jìn)行了研究。通過(guò)低

3、溫下（77K~300K）的Hall實(shí)驗(yàn)，可以得出隨著溫度的下降遷移率明顯增大，溫度為77K時(shí)電子遷移（率45000 cm2/V·s）約為300K（17000 cm2/V·s）時(shí)的2.5倍。而2DEG濃度略有減小，從300K時(shí)的2×1012cm-2減小到77K時(shí)的1.7×1012cm-2。對(duì)于上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，本文通過(guò)理論公式的推導(dǎo)，研究溫度對(duì)電子運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到的多種散射機(jī)制的影響，主要的散射機(jī)構(gòu)包括電離雜質(zhì)散射，晶格振動(dòng)散射以及界面粗糙度散

4、射。結(jié)果表明晶格振動(dòng)散射隨溫度的減小而減弱，其他散射機(jī)制不隨溫度的變化而變化。在溫度很低的環(huán)境中，量子阱中的2DEG的遷移率主要由摻雜雜質(zhì)電離散射和界面粗糙度散射的決定，從70K開始，聲學(xué)聲子散射變成影響量子阱中2DEG遷移率的主要散射機(jī)制，包括形變勢(shì)聲學(xué)散射和壓電聲學(xué)散射兩種，在不同的量子阱參數(shù)下，聲學(xué)聲子散射成為主要的散射機(jī)制時(shí)的準(zhǔn)確溫度會(huì)依賴于摻雜雜質(zhì)濃度，空間區(qū)寬度和AlSb/InAs量子阱的界面粗糙度參數(shù)，在較高溫度時(shí)，極性光

5、學(xué)聲子散射成為限制遷移率的主要散射機(jī)制。2DEG主要是寬禁帶AlSb中電離的雜質(zhì)進(jìn)入窄禁帶InAs中而形成的，因此溫度降低，電離作用減弱，相應(yīng)的形成的2DEG濃度會(huì)減小。再次，本文的仿真研究主要采用ISE TCAD軟件，選用流體動(dòng)力學(xué)模型，高場(chǎng)遷移率飽和模型以及SRH復(fù)合模型。應(yīng)用Hall效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，修改遷移率模型的相應(yīng)參數(shù)，使得仿真的遷移率數(shù)值與實(shí)際情況相吻合。最后，設(shè)置不同的溫度節(jié)點(diǎn)（為了保證仿真收斂，本文溫度最低降到100K）

6、對(duì)不同溫度下的器件電特性進(jìn)行仿真，并將結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，得到一般的結(jié)論：隨著溫度的降低，遷移率增大，飽和漏電流增大，100K時(shí)的數(shù)值約為300K時(shí)的2倍，源漏電阻Rds減??；低溫下聲子散射受到抑制，輸運(yùn)時(shí)間降低，跨導(dǎo)gm增大；溫度下降電子濃度減小，導(dǎo)致閾值電壓VT值略有增大；低溫下組成柵極漏電流的肖特基反向飽和電流以及由碰撞離化引起的空穴積累產(chǎn)生的電流都會(huì)減小，柵漏電流Ig減??；由于跨導(dǎo)的增大，源漏電阻，柵源電容以及源漏電容均減小，本征頻率