以砷化鎵為基底的量子井元件中熱電子傳導特性之研究

Abstract

砷化銦鎵量子井調變攙雜場效電晶體具有極優異的高頻特性。在本論文中, 吾人發展 了一個熱電子傳導模式以研究這種元件。此模式包含了沿量子井方向之一維電流連續 方程式及動量和能量平衡方程式。其中并使用蒙地卡羅模擬法計算電子能量和能量的 松弦時間。於垂直量子井的方向, 吾人利用薛丁格方程式計算電子的波爾數和能階。 此外, 吾人以二維布阿松方程式求解電位的分佈。 吾人詳加討論了平衡方程式中, 各項式的物理義意及其對本元件中勢電子傳導行為的 影響, 并分析在何種情況下, 平衡方程式可以簡化為傳統之漂移–擴散方程式。使用 平衡方程式所求得之速度暫態也被用以直接和蒙地卡羅法求得之解比較。吾人發現此 二者十分接近。 本模式之中亦考慮了施者中性化效應, 并將第三能階以上的電子視為三維電子, 而以 電子溫度取代晶格溫度來決定電子在各能階的分配。 根據此模式, 吾人計算一個半微米閘極元件及其雜散區域內, 電場、電子、能量、電 子能帶、電子濃度、電子速度和電子溫度的分析。 研究結果顯示, 閘極下電子速度可達4.5×10 公分每秒, 此值遠高於砷化銦鎵穩態情 況下, 電子所能達到的最高速度, 研究結果同明顯示, 在高電場區域內, 電子溫度約 為2500絕對溫度, 而且, 電子之分佈函數有很強之非對稱性。在汲極雜散區內, 電子 因有極高之溫度梯度而表現出和源極雜散區中完全不同的傳導特性。