短沟道GaAs MESFET的二维稳态数值分析

<正> 一、引言 GaAs材料近年来已广泛应用于分立器件和集成电路,微波GaAs MESFET得到了迅速发展。器件性能进一步改善要求不断缩小沟道长度,一般达到亚微米数量级。随之产生一些新的效应,其中最重要的是非稳态效应(nonstationary effects),如速度过冲效应。 在短沟器件中,载流子迁移率和扩散系数主要决定于载流子能量,而不是电场,通常的漂移扩散模型不再适用。本文修正了漂移扩散模型,既保持漂移扩散模型的公式形式,又可以定量计算速度过冲效应。新模型形式简单,物理意义清楚。使用这种模型计算了0.5μm的GaAs MESFET,取得了与其它文献相符的结论。     

亚微米GaAs MESFET二维数值模拟

本文用计入热电子效应的动量能量守恒模型讨论了亚微米GaAs MESFET二维数值模拟。为了减少计算量进行了模型简化和算法选择。文中给出并分析了三种典型器件的模用范果,根据模拟结果,研究了小尺寸器件中的速度过冲效应并得出常规的漂移扩散模型的适拟结围。     

速度过冲对短沟道GaAs MESFET器件参数的影响

利用 GaAs 新的速场关系考察了速度过冲对短沟道 GaAs MESFET 性能的影响。发展了短沟道 GaAs MESFET 的稳态偶极畴模型。对新模型的分析表明,速度过冲对短沟道 GaAsMESFET 的性能有重要改善。按稳态偶极畴模型工作的器件,极限频率主要由跨导截止频率 f_τ决定,抑制畴的形成可以得到高的极限频率。     

短沟道GaAs MESFET中的速度过冲效应

已经发现短沟道CaAs MESFET(栅长短于1μm)的器件参数与栅长有关,随着栅长的缩短,出现速度峰的电场E_p和速度峰V_p的数值要单调增加,这是由于短沟道器件中出现非平衡速度过冲效应所致.文中给出了各种栅长下的E_p和V_p,还给出了考虑到非平衡速度过冲效应后GaAs的速-场近似关系.     

高掺杂沟道GaAs MESFET

如果沟道厚度α不按照L/α》1的公式减薄,FET的栅长L缩短到亚微米范围就会引起负短沟道效应。为保持阈值电压不变,必须增加沟道掺杂浓度N_D～1/α~2。本文通过数值模拟和实验表明,掺杂浓度达到1.3×10~(18)cm~(-3)也能成功地用于制作GaAsMESFET。为了消除短沟道效应,同时使跨导截止频率达到最大值,计算了最佳掺杂浓度,发现计算结果与实验结果非常一致。在概述设计规则以后指出:“简单的”设计规则——用于分立MESFET,尤其是用于集成电路设计——将在亚微米范围仍然有效。     

GaAs MESFET二维计算机辅助分析

编制了MESFET通用二维分析程序.通过对一个GaAs MESFET进行二维数值分析,得到了典型偏置条件下,沟道内各点的静电电位和自由电了浓度,计算了某些重要的器件参数.解释了短栅器件收漏电流泡和机理.计算结果与国外文献中有关报道相符.     

二维短沟道MOSFET直流稳态与衬底电流的数值模拟

本文介绍一种新的采用载流子总量方法分析短沟道MOSFET直流稳态特性的数值模型。使用专用模拟程序 LADES1-A (Lisban Advance Device Simulation Version no.1-A)联解器件内部二维泊松方程、电子和空穴的连续性方程.LADES1-A可用于设计和预测不同工艺条件、几何结构对器件性能的影响.设计者通过分析器件内部二维电流密度、电场强度等分布,得到直观的短沟道效应的物理图象,以便采取适当措施减小短沟道效应.为了介绍本模拟软件的用途,本文给出部分模拟结果,并着重讨论了热载流子效应产生的衬底电流及非平衡载流子的产生-复合率的分布.     

GaAs功率MESFET性能与器件参数关系的实验研究

用实验的方法研究了GaAs功率MESFET性能与器件参数的关系。功率增益、输出功率随栅长的变化很灵敏,随着栅长的增加,功率增益的率是1.7dB/μm,输出功率的降低率是0.67dB/μm。栅指的宽度对微波性能的影响不明显,在8GHz下栅指宽度一直增大到200μm,其性能尚未开始变坏。对于GaAs功率MESFET微波性能与温度的关系以及热阻与器件几何参数的关系也进行了定量研究。随着器件温度的升高,功率增益的降低率是0.026dB/°C。     

n型GaAs MESFET沟道特性的研究

报道了ｎ型ＧａＡｓ ＭＥＳＦＥＴ漏源电流Ｉｄｓ和栅源电压Ｖｇｓ间的关系,发现在负栅压状态下,沟道特性分四个区域：过调制区、线性调制区、过渡区和夹断区,并且零栅压饱和漏源电流大的器件线性调制区的范围较大,过渡区的范围较小。     

高可靠砷化镓功率场效应晶体管系列

高可靠砷化镓功率场效应晶体管系列南京电子器件研究所已研制出适用于卫星通信及微波系统的高可靠砷化镓功率场效应晶体管系列。它采用器件标准设计、全离子注入、干法刻蚀等高可靠５０ｍｍＧａＡｓ工艺技术，具有参数均匀、成品率高、一致性好等特点。器件在８ＧＨＺ下测...     

C-X波段中功率GaAs MESFET

本文给出GaAs功率MESFET设计公式和计算曲线.实验结果表明:理论计算可用于确定器件的结构参数和材料参数.器件采用二氧硅隔离覆盖式叉指结构、斜凹槽栅及芯片四侧接地工艺.在4GHz下输出功率2W,9GHz下输出功率可达800mW,12GHz下输出100mW.     

Power limiting due to impact ionisation in GaAs MESFETs

A calculation is made of the effect of low-level impact ionisation on the power available from GaAs MESFETs. For typical FET structures it is shown that close to 1 W per mm of gate width is expected, but that deep levels in the range 1?5×1021 m?3 can noticeably reduce that figure.     

Numerical analysis of surface-state effects on kink phenomena of GaAs MESFETs

Effects of surface states on the "kink" (or an abnormal increase in output conductance with the drain voltage) in GaAs MESFETs are studied by two-dimensional (2-D) simulations. It is shown that the kink could arise due to a space-charge effect originated from impact ionization of holes and the following hole trapping by the surface states. The onset voltage for current rise depends on the nature of surface states, which strongly affects the potential profiles. Transient or dynamic simulation indicates that the trap-related kink phenomenon should be a rather slow process. Substrate-related kink dynamics are also analyzed.     

Substrate-impurities effects on GaAs MESFETs

The effects of background impurities in LEC and HB-grown, doped and undoped GaAs substrates on electron-concentration profiles and ion-implanted MESFET threshold voltages are modeled. For realizing the most steeply falling channel electron profiles, high concentrations of either deep or shallow acceptors are required. When background acceptor impurities are absent, the electron profiles follow the slowly falling ion-implant profiles, which are strongly influenced by ion channeling. The use of buriedp layers to give steeply falling profiles, and to reduce the dependence of MESFET threshold voltages on fluctuating acceptor impurities in GaAs is proposed.     

自对准GaAsMESFET的二维数值分析

本文对源漏ｎ＾＋浅结注入的自对准ＧａＡｓＭＥＳＦＥＴ内部的电位，电场及载流子浓度的稳态分布进行了二维数值分析，分析表明，不同ｎ＾＋注入深度对器件的特性有一定的影响。当ｎ＾＋注入深度为有源层厚度的１／４时，畴的体积最小。适当选取ｎ＾＋区边缘与栅之间的距离可提高器件的击穿电压。     

Ion implantation effects on GaAs MESFETs

The effects of ion-implantation on the uniformity and the ultimately achievable performance of GaAs MESFETs are calculated. The results of an extensive study of the profiles of Si, Se, and Be ions implanted into GaAs are incorporated into a combined process and device model for GaAs MESFET technology. Taken into account are the scaling of transconductances with implantation energy, effects of implant profiles and impurities on low-gate-bias transconductances, dopant diffusion during annealing, effects of encapsulant thickness and etch depth on threshold-voltage uniformity, and effects of recoil atoms on threshold voltages for implants through Si₃N₄ and SiO₂ caps     

离子注入GaAs MESFET''''s的有限元二维数值分析

本文用有限元方法对离子注入 GaAs MESFET’s的稳态特性进行了二维数值模拟和分析,并与均匀掺杂器件作了比较.程序中,对边界条件、网格剖分和初值选取方法进行了改进.所开发的程序可以对不同尺寸、不同掺杂分布的平面栅、凹形栅 GaAs MESFET’s进行二维数值分析,得到其内部电位、电场、载流子浓度等物理量的二维分布和器件的I-V特性.本文还讨论了凹形栅的几何形状对器件内部电场强度的影响.最后,对实际的离子注入凹形栅GaAsMESFET进行了模拟,计算结果与实验数据基本吻合.