InAs-AlSbHEMT低溫特性的仿真研究.pdf

1、InAs/AlSb HEMT作為銻基化合物半導體(ABCS)器件的代表，具有很高的電子遷移率和電子飽和漂移速度，窄帶隙以及深的量子阱，這些優(yōu)勢使其在高速低功耗應用方面有著很大的發(fā)展前景，引發(fā)了國際上科技工作者的研究熱潮，有望成為未來HEMT器件的主流研究方向。近年來，國際上對InAs/AlSb HEMT從材料特性到器件性能到電路都有大量報道，但由于我國的研究起步很晚，目前器件還在制備階段，因此對其器件特性的研究僅能通過仿真來進行，本文正

2、好填補了國內(nèi)在InAs/AlSb HEMT器件仿真研究方面的空白，在器件基礎研究方面具有很大的意義。
　　本文的主要工作為InAs/AlSb HEMT器件的低溫特性仿真研究。首先確定選用國際上廣泛采用的外延結構上層AlSb勢壘Te調(diào)制摻雜，常溫下可以得到遷移率（17300 cm2/V·s）以及電子濃度可以達到（2.5×1012cm-2）的折中。其次，對HEMT器件的兩個主要參數(shù)電子遷移率以及2DEG濃度的低溫特性進行了研究。通過低

3、溫下（77K~300K）的Hall實驗，可以得出隨著溫度的下降遷移率明顯增大，溫度為77K時電子遷移（率45000 cm2/V·s）約為300K（17000 cm2/V·s）時的2.5倍。而2DEG濃度略有減小，從300K時的2×1012cm-2減小到77K時的1.7×1012cm-2。對于上述實驗現(xiàn)象，本文通過理論公式的推導，研究溫度對電子運動過程中受到的多種散射機制的影響，主要的散射機構包括電離雜質散射，晶格振動散射以及界面粗糙度散

4、射。結果表明晶格振動散射隨溫度的減小而減弱，其他散射機制不隨溫度的變化而變化。在溫度很低的環(huán)境中，量子阱中的2DEG的遷移率主要由摻雜雜質電離散射和界面粗糙度散射的決定，從70K開始，聲學聲子散射變成影響量子阱中2DEG遷移率的主要散射機制，包括形變勢聲學散射和壓電聲學散射兩種，在不同的量子阱參數(shù)下，聲學聲子散射成為主要的散射機制時的準確溫度會依賴于摻雜雜質濃度，空間區(qū)寬度和AlSb/InAs量子阱的界面粗糙度參數(shù)，在較高溫度時，極性光

5、學聲子散射成為限制遷移率的主要散射機制。2DEG主要是寬禁帶AlSb中電離的雜質進入窄禁帶InAs中而形成的，因此溫度降低，電離作用減弱，相應的形成的2DEG濃度會減小。再次，本文的仿真研究主要采用ISE TCAD軟件，選用流體動力學模型，高場遷移率飽和模型以及SRH復合模型。應用Hall效應的實驗結果，修改遷移率模型的相應參數(shù)，使得仿真的遷移率數(shù)值與實際情況相吻合。最后，設置不同的溫度節(jié)點（為了保證仿真收斂，本文溫度最低降到100K）

6、對不同溫度下的器件電特性進行仿真，并將結果進行對比，得到一般的結論：隨著溫度的降低，遷移率增大，飽和漏電流增大，100K時的數(shù)值約為300K時的2倍，源漏電阻Rds減??；低溫下聲子散射受到抑制，輸運時間降低，跨導gm增大；溫度下降電子濃度減小，導致閾值電壓VT值略有增大；低溫下組成柵極漏電流的肖特基反向飽和電流以及由碰撞離化引起的空穴積累產(chǎn)生的電流都會減小，柵漏電流Ig減小；由于跨導的增大，源漏電阻，柵源電容以及源漏電容均減小，本征頻率