实空间转移晶体管的研究

论文摘要

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。

论文目录

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