AlGaN／GaN二维电子气的特性研究

应用AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化边界条件自洽求解了薛定谔方程和泊松方程,求出异质结能带和二维电子气分布。研究了势垒层组分化、势垒层宽度、沟道层掺杂和栅电压变化对二维电子气特性的影响。着重研究了栅电压对二维电子气维性的控制作用,提出了使用薄势垒和重掺杂沟道的新HFET结构。     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑Al Ga N / Ga N异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了Al Ga N / Ga N HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了Al Ga N/ Ga N HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和Al Ga N/ Ga N HEMT器件的结构优化进行了分析.     

AlGaN/GaN HFET的优化设计

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了不同掺杂方式下异质结能带和二维电子气的行为。发现掺杂能剪裁异质结能带的弯曲度、控制电子气的二维特性和浓度。在此基础上研究了不同掺杂方式的掺杂效率。通过掺杂和势垒结构的优化设计,得出了用δ掺杂加薄AlN隔离层的结构,既提高了电子气浓度,又保持电子气的强二维特性。从电子气浓度和栅对电子气的控制力度出发,提出了HFET势垒优化设计中的电子气浓度与势垒层厚度乘积规则。依据二维表面态理论,研究了表面态随帽层掺杂结构的变化。从前述乘积规则和表面态变化出发进行了内、外沟道异质结构的优化设计。优化结构既提高了电子气浓度和跨导,降低了欧姆接触电阻,又抑制了电流崩塌。     

非掺杂AlGaN/GaN微波功率HEMT

Ga N有较 Ga As更宽的禁带、更高的击穿场强、更高的电子饱和速度和更高的热导率 ,Al Ga N/Ga N异质结构不仅具有较 Ga As PHEMT中Al Ga As/In Ga As异质结构更大的导带偏移 ,而且在异质界面附近有很强的自发极化和压电极化 ,极化电场在电子势阱中形成高密度的二维电子气 ,这种二维电子气可以由不掺杂势垒层中的电子转移来产生。理论上 Al Ga N/Ga N HEMT单位毫米栅宽输出功率可达到几十瓦 ,而且其宽禁带特点决定它可以承受更高的工作结温 ,作为新一代的微波功率器件 ,Al Ga N/Ga N HEMT将成为微波大功率器件发展的方向。采…     

AlGaN/GaN材料HEMT器件优化分析与I-V特性

在考虑AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化效应的基础上,自洽求解了垂直于沟道方向的薛定谔方程和泊松方程.通过模拟计算,研究了AlGaN/GaN HEMT器件掺杂层Al的组分、厚度、施主掺杂浓度以及栅偏压对二维电子气特性的影响.用准二维物理模型计算了AlGaN/GaN HEMT器件的输出特性,给出了相应的饱和电压和阈值电压,并对计算结果和AlGaN/GaN HEMT器件的结构优化进行了分析.     

GaN HFET中局域电子气产生的动态电流

从不同栅电压下异质结能带和电子气状态研究出发,研究了GaN HFET栅压变化时的异质结充放电过程。通过自洽求解二维泊松方程和薛定谔方程计算出不同偏置电压下内、外沟道的导带底。引入局域电子气势垒来甄别沟道中的漂移电子气和局域电子气的不同输运行为。详细研究了栅、漏偏置变化时的异质结充放电和局域电子气充放电。从这两种新的充放电效应出发,建立起描述沟道动态电流的电压控制模型,成功解释了陷阱俘获电荷模型不能解释的各类动态电流实验。     

双异质结双平面掺杂HEMT器件的电荷控制模型

利用泊松方程以及异质结能带理论,通过费米能级-二维电子气浓度的线性近似,推导了基于双异质结双平面掺杂的HEMT器件的电荷控制模型.计算分析了沟道顶部和底部平面掺杂浓度,栅金属与顶部平面掺杂层距离等材料结构尺寸和阈值电压、二维电子气浓度的关系.该模型为优化和预测双平面掺杂HEMT器件性能提供了一个有效手段.     

双异质结双平面掺杂HEMT器件的电荷控制模型

利用泊松方程以及异质结能带理论 ,通过费米能级 -二维电子气浓度的线性近似 ,推导了基于双异质结双平面掺杂的 HEMT器件的电荷控制模型 .计算分析了沟道顶部和底部平面掺杂浓度 ,栅金属与顶部平面掺杂层距离等材料结构尺寸和阈值电压、二维电子气浓度的关系 .该模型为优化和预测双平面掺杂 HEMT器件性能提供了一个有效手段     

微波功率AlGaN/GaN HFET的二维能带和异质结构设计

在综述微波功率AlGaN/GaN HFET技术发展趋势基础上,提出了二维异质结能带优化设计的新课题.从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了利用异质界面上的极化电荷来剪裁异质结能带.用极化电荷设计近矩形前势垒能增大高能热电子的隧穿势垒宽度,抑制电流崩塌.背势垒中的极化电荷强化了沟道阱的量子限制,减弱了沟道中的强场峰,能提高击穿电压和抑制电流崩塌.薄势垒层中的极化电荷强化了沟道阱的结构,降低势垒高度后能产生高密度的电子气.优化设计二维异质结构能抑制沟道中的强场峰和电流崩塌,提高击穿电压和大漏压下的输出功率.     

AlGaN/GaN势垒层异质结构与二维电子气密度的相互作用

在忽略二维电子气波函数对势垒层渗透的前提下提出了直接求解无电子势垒层泊松方程来计算势垒层能带的新思路,提出了把势垒层以外的极化电荷、杂质电荷及电子电荷作为势垒层边界上的界面电荷来解势垒层泊松方程的新方法。由此计算出的势垒层能带和自洽能带计算结果相吻合。用电子气密度多项式来拟合沟道阱子带能级随电子气密度变化的曲线,推算出新的二维电子气密度的超越方程。对于各种不同异质结构,从超越方程解出的电子气密度和势垒层能带同自洽能带计算结果相吻合,从而创立了一种自洽求解沟道阱泊松方程和薛定谔方程的新方法。研究了二维电子气密度与势垒层异质结构的相互作用,讨论了电子气密度随异质结构的变化,提出了异质结能带剪裁的新思路。     

一种非对称双栅应变硅HALO掺杂沟道MOSFET阈值电压解析模型

提出了一种非对称双栅应变硅HALO掺杂沟道金属氧化物半导体场效应管结构.该器件前栅和背栅由两种不同功函数的金属构成,沟道为应变硅HALO掺杂沟道,靠近源区为低掺杂区域,靠近漏区为高掺杂区域.采用分区的抛物线电势近似法和通用边界条件求解二维泊松方程,分别求解了前背栅表面势、前背栅表面电场及前背栅阈值电压,建立了双栅器件的表面势、表面电场和阈值电压解析模型.详细讨论了物理参数对解析模型的影响.研究结果表明,该器件能够很好的抑制短沟道效应、热载流子效应和漏致势垒降低效应.模型解析结果与DESSIS仿真结果吻合较好,证明了该模型的正确性.     

GaN HFET沟道中的电子状态转移和非线性研究

从自洽求解薛定谔方程和泊松方程出发研究了大栅压摆动下的沟道电子状态,发现高栅压下电子波函数向势垒层的渗透和激发子带向势垒层的转移是导致跨导下降、线性变差的主要原因。分别研究了势垒层和沟道结构对波函数渗透和电子态转移的影响。通过势垒层和沟道结构的综合设计获得了在大栅压摆动下保持高跨导和线性的优化结构。提出了剪裁二维能带结构的新工艺方案。     

Two-dimensional pixel image lag simulation and optimization in a 4-T CMOS image sensor

Pixel image lag in a 4-T CMOS image sensor is analyzed and simulated in a two-dimensional model.Strategies of reducing image lag are discussed from transfer gate channel threshold voltage doping adjustment,PPD N-type doping dose/implant tilt adjustment and transfer gate operation voltage adjustment for signal electron transfer.With the computer analysis tool ISE-TCAD,simulation results show that minimum image lag can be obtained at a pinned photodiode n-type doping dose of 7.0×10~(12) cm~(-2),an implant ...     

Substrate response of a floating gate n-channel MOS memory cell subject to a positive linear ramp voltage

A computer simulated substrate response of an n-channel MOS floating gate transistor to a positive linear ramping gate voltage was investigated. Device parameters, such as the channel length, effective electron mobility, substrate doping level and the gate voltage ramping rate were changed to see their effects on the substrate response. The substrate response was monitored by using the response of the surface potential at the mid-channel point. In the one-dimensional analysis it was found that the surface potential at the mid-channel point increased initially and dropped quickly after passing through its peak value and then decreased slowly. The mid-channel surface potential reached a higher peak value if the device had (1) a longer channel length, (2) a lower effective electron mobility, (3) a higher gate voltage ramping rate, or (4) a lower substrate doping level. Solutions show that the conditions for the mid-channel point to reach its peak surface potential faster are: (a) a shorter channel length, (b) a higher effective electron mobility, (c) a higher gate voltage ramping rate, and (d) a lower substrate doping level.     

异质栅非对称Halo SOI MOSFET

为了抑制异质栅SOI MOSFET的漏致势垒降低效应，在沟道源端一侧引入了高掺杂Halo结构．通过求解二维电势Poisson方程，为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压解析模型，并对其性能改进情况进行了研究．结果表明，新结构器件比传统的异质栅SOI MOSFETs能更有效地抑制漏致势垒降低效应，并进一步提高载流子输运效率．新结构器件的漏致势垒降低效应随着Halo区掺杂浓度的增加而减弱，但随Halo区长度非单调变化．解析模型与数值模拟软件MEDICI所得结果高度吻合．     

异质栅非对称Halo SOI MOSFET

为了抑制异质栅SOI MOSFET的漏致势垒降低效应,在沟道源端一侧引入了高掺杂Halo结构.通过求解二维电势Poisson方程,为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压解析模型,并对其性能改进情况进行了研究.结果表明,新结构器件比传统的异质栅SOI MOSFETs能更有效地抑制漏致势垒降低效应,并进一步提高载流子输运效率.新结构器件的漏致势垒降低效应随着Halo区掺杂浓度的增加而减弱,但随Halo区长度非单调变化.解析模型与数值模拟软件MEDICI所得结果高度吻合.     

GaN基HEMT器件结构设计及其性能仿真北大核心

利用Silvaco TCAD器件模拟软件研究了AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)器件势垒层的厚度、沟道宽长比和掺杂浓度对器件的转移特性和跨导曲线的影响。结果表明,器件势垒层厚度的变化可以调节器件的电流开关比和开启电压,实现由耗尽型器件向增强型器件的转变;沟道宽长比的改变可以调节器件的开启电压,并且随着沟道宽长比的增加,栅极电压控制量子阱中二维电子气的能力增强;势垒层适量掺杂提高了输出电流,并且使跨导的峰值增大,但过度掺杂会造成器件不易关断情况出现。     

Trigger sensitivity of transferred electron logic devices

An analysis of the Schottky-barrier gate transferred electron logic devices (TELD's) is developed which gives the trigger sensitivity in terms of the channel pinchoff voltage, normalized channel depletion width under the gate, device subthreshold transconductance, and the value of the external load resistor. The results presented show that the trigger sensitivity increases with increase in doping density, decrease in channel pinchoff voltage, and decrease in gate reverse bias. Furthermore, for the same material parameters (doping density, channel thickness, etc.) device subthreshold transconductance (gm) improves the trigger sensitivity by a factor (1 + gmRL). Device designs based on this analysis should result in improved device performance.     

SiGe沟道pMOSFET阈值电压模型

通过求解泊松方程,综合考虑短沟道效应和漏致势垒降低效应,建立了小尺寸S iG e沟道pM O SFET阈值电压模型,模拟结果和实验数据吻合良好。模拟分析表明,当S iG e沟道长度小于200 nm时,阈值电压受沟道长度、G e组份、衬底掺杂浓度、盖帽层厚度、栅氧化层厚度的影响较大。而对于500 nm以上的沟道长度,可忽略短沟道效应和漏致势垒降低效应对阈值电压的影响。     

Threshold voltage model for small geometry AlGaN/GaN HEMTs based on analytical solution of 3-D Poisson's equation

A simple and accurate analytical model for the threshold voltage of AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) is developed by solving three-dimensional (3-D) Poisson equation to investigate the short channel effects (SCEs) and the narrow width effects present simultaneously in a small geometry device. It has been demonstrated that the proposed model correctly predicts the potential and electric field distribution along the channel. In the proposed model, the effect of important parameters such as the thickness of the barrier layer and its doping on the threshold voltage has also been included. The model is, further, extended to find an expression for the threshold voltage in the sub-micrometer regime. The accuracy of the proposed analytical model is verified by comparing the model results with 3-D device simulations for different gate lengths and widths.