砷化鎵金半場效電晶體上異常現象之二維數值研究

Abstract

在本論文中, 我們利用二位數值方法, 深入探討五種在砷化鎵金半場效電晶體(GaAs MESFET) 中常被觀察到的異常效應。所研究的五種效應包括壓電、光照、汲極暫態電 流、回路以及于頻率相關的輸出電導等。以漂移一擴散公式為基本方程式的基礎, 并 且利用 Shockley-Read-Hall 模型作為基板中深位陷阱捕捉電子和放出電子等過程的 模型。 在壓電效應研究中發現, 短通道效應深受壓電效應的影響, 如有正確的元件方向及覆 蓋介質厚度, 則短閘極造成的電壓移動以及K 值退化, 將能獲得有效的制止。重N 型 離子的橫向擴展能構同時加深短通道效應以及壓電效應; 在基板中如能有較高的淺位 受體濃度, 卻能減低這二種效應。 對于主導光照應的機制, 在過去, 仍未定論。從模擬中發現, 介于通道于基板中間的 地帶發生了光壓效應, 導致汲極電流的增加; 而在 Schottky 空乏區中, 產生一種掃 出效應, 導致反向的閘極電流。本文并排除 schottky 空乏區及內建電壓改變之機制 的可能性。深位陷阱EL2 在汲極暫態效應中扮演重要的角色, 在電流超射及低射過程 中, 捕捉電子及放出電子分別是其主要的反應。超射現象中復雜的時間常數及較短的 的反應時間都可由模擬結果清楚解釋。 當電壓上升時, 游離的EL2 濃度分佈于電壓下降時的分佈, 有所差別, 因而造成了回 路效應。介面上的位障高度因頻率而作不同的調節變化, 因而使得在線性區及電流飽 和區的輸出電導值隨頻率而變。當尖峰電壓小時 (如0.8 伏) , 回路現象便變得不甚 明顯, 此趨勢于文獻上的實驗相互吻合。 二維正弦小信號方法首次用來探討輸出電導的頻率變化特性。多頻時, EL2 陷阱無法 跟隨快速的信號作反應, 基板上的高電位便吸引了較多的電子注射到域隨電壓而擴張 , 輸出電阻便隨汲極電壓而增加。深位陷阱的電子放射率隨溫度上升而增加, 而放射 率又于飽和頻率有深切關連, 所以溫度升高時, 電導飽和的頻率隨之增高。元件如具 有高濃度的EL2 、高濃度的淺位受體, 其電導值較低, 但電導的頻率的變化較大。欲 得最佳的元件特性, EL2 的濃度及淺位受體的濃度須作一折衷的選擇。