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实空间转移晶体管的研究

作　者: 刘媛媛
导　师: 张世林
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 实空间转移晶体管负阻 δ掺杂双沟道共振隧穿 GaAs/InGaAs
分类号: TN32
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

提高集成度,发展新型器件是当前集成电路发展的一个重要方向。实空间转移晶体管RSTT具有高频、高速、可控负阻等特性,且可与HEMT或其它化合物高速器件集成在一起,构成多种功能的高速集成电路,这将会使半导体负阻器件在新材料、新结构方面的应用进一步延伸。本课题正是在此基础上展开研究的。本文首先介绍了RSTT的课题背景、研究进展,之后给出了δ掺杂双沟道 GaAs/InGaAs 共振隧穿RSTT的材料结构设计、器件的工艺制作以及器件的I-V特性测试。最后,通过使用ATLAS软件对器件进行模拟。RSTT是一种N型负阻器件,它利用热电子在实空间中的转移来实现迁移率的降低或分流。当热电子的能量超过势垒高度时,则可克服势垒注人到衬底第二导电层中去,如在栅极加适当的电压则可进一步促进这种电子的转移运动,从而出现负阻特性。其两沟道分别由InGaAs形成的U形势阱和δ掺杂形成三角势阱构成。电子转移机制有两种:低栅压时,热电子从U形势阱转移到V形势阱,栅极电压增大时则越过栅极势垒到达栅极。本文结合工艺测量结果,对两种电子转移机制进行模拟,对GaAs基RSTT负阻特性、跨导特性进行了分析,并分析器件的材料参数和结构参数对负阻特性的影响,对关键参数如隔离层(spacer层)厚度进行了优化,并探索其在今后应用的发展方向。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章引言  7-16
  1.1 课题研究背景  7-8
  1.2 负阻效应以及负阻器件  8-10
  1.3 实空间转移晶体管的研究进展  10-11
  1.4 异质结和量子阱相关知识  11-14
    1.4.1 半导体异质结的能带图  11
    1.4.2 异质结量子阱中的二维电子气  11-13
    1.4.3 半导体中的热电子  13-14
  1.5 本论文的研究工作  14-16
第二章 RSTT工作原理  16-23
  2.1 两端GaAs衬底RSTT工作原理  16-17
  2.2 三端双沟道GaAs衬底RSTT工作原理  17-23
    2.2.1 器件结构  17-20
    2.2.2 通用公式建立  20-22
    2.2.3 原理介绍  22-23
第三章 RSTT材料结构及模拟工具  23-35
  3.1 RSTT材料结构  23
  3.2 半导体器件模拟研究  23-27
    3.2.1 器件模拟的发展  24-25
    3.2.2 器件模拟工具  25-27
  3.3 ATLAS器件模拟基本方程及求解  27-35
    3.3.1 ATLAS器件模拟所用的基本方程  28-29
    3.3.2 ATLAS器件模拟的求解过程  29-35
第四章 RSTT工艺特性测量  35-41
  4.1 测试设备  35
  4.2 器件特性  35-41
    4.2.1 测量结果  35-36
    4.2.2 参数分析与讨论  36-41
第五章 RSTT器件模拟  41-51
  5.1 模型分析  41-42
  5.2 RSTT的结构设计与ATLAS模拟  42-51
    5.2.1 4um沟道RSTT器件模拟  42-46
    5.2.2 参数分析  46-49
    5.2.3 典型集电极转移的RSTT模拟  49-51
第六章总结与展望  51-53
  6.1 全文总结  51-52
  6.2 前景展望  52-53
参考文献  53-56
附录  56-60
致谢  60

实空间转移晶体管的研究

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