砷化鎵金半場效電晶體熱電子模型二維數值模擬與分析

Abstract

砷化鎵制金半場效電晶體在離散或積體電路的高頻運用上, 已成為關鍵的主動元件。 當超大型積體電路技術與日俱進, 元件的長度逐漸縮短, 此時載子傳輸程序及元件性 質都與在長通道元件中有所不同。電子速度實增量在決定元件特性方面扮演了重要角 色。我們發展了一個二維熱電子模型, 以評估砷化鎵金半場效電晶體中電子速度突增 量的效應。這模型包含了電流連續方程式, 能量平衡方程式與帕松方程式, 以電子濃 度, 平均電子能量, 電位為獨立的變數, 利用遞回的數值法將三變數分別解出, 模擬 所需的傳運參數由蒙地卡羅模擬所得。我們結果指出: 在短通道砷化鎵元件中, 電子 突增效應構成電子傳導的主要機制。在0.3 微米元件中由熱電子模計算出來的飽和電 流約為傳統模型計算所得的三倍。在閘級步級和汲級步級響應中通道愈短的元件此種 效應愈為顯著, 因此更加縮短了暫態響應時間, 而元件所需的反應時間遠小於傳統模 型所預測的。交流參數與元件特性如互導, 載止頻率可藉由傅立葉分解法由小訊號暫 態模擬萃取出來。我們比較由傳統模型加熱電子模型所計算的交流參數, 發現由於非 平衡傳輸可使互導增加兩倍。一些微觀的資訊關於電子濃度分布, 電位及電子能量分 布都被計算出來, 以幫助我們了解元件內部的一些靜態性質。