砷化鋁鎵/砷化鎵異質接面雙極性電晶體的二維數值模擬

Abstract

本論文已成功的發展包含費米－狄拉克模式的異質結雙極電晶體的模擬器，我們以分 離耦合的方法來求解帕森方程式以及一致性位置函數能帶理論連續傳輸方程式。 高濃度雜質摻入在異質接面元件中扮演著重要色，因為摻入高濃度雜質後可改善元件 之阻抗值並改善其電阻－電容之充電延遲時間，此時傳統假設波爾滋曼分佈不再成立 ，而正確的費米－狄拉克分佈考慮進來。另因高摻入雜質使半導體元件某些地方的材 料性質起了變化，這諸多效果反映在外即如半導體能隙減少一有效量，這些高濃度效 應使傳統的方式程不再適用。 在考慮上述高濃度效應並採用一套自我符合的物理方程式來模擬高濃度摻雜後的元件 特性及其內部的一些物理特性，而一些物理模式和效應將被考慮，包括蕭克萊－雷德 －霍爾和歐傑復合，部份解離摻雜濃度，修正的漂移－擴散模式，電場相關移動率的 模式，真實的能隙縮小和費米－狄拉克載子分佈，用連續線強收斂(SLOR)法及牛頓拉 扶森疊代法解帕森方程式及電子、電洞之連續方程式收斂而得解；其中對基極摻入不 同的高濃度雜質和不同的基極寬度的影響，如元件的電流－電壓特性，電流增益和截 止頻率將被詳細討論。 模擬結果得知若仍使用波爾滋曼分佈及傳統模式計算，載子濃度會比考慮高濃度摻入 低估許多，其內建電位會因考慮高摻雜質效應使能隙減少而降低；因材料特性所產生 的有效電場亦對增強電子流，抑止電洞流有大的影響，其模擬結果得電流因上述效應 而更接近實驗值。 高濃度摻雜質的模擬，可應用至異質接面雙極電晶體中的射極－基極中的接面，並可 得到較多的載子從射極注入基極，如此方法對一些不均勻的元件結構可加強電流的注 入效應。 若再使用適當地設計于異質接面，如使用漸近式成份變化，可以使內建電位有效率地 降低，如此設計可以加強載子在異質接面的傳輸速度。