Efeitos da orientação cristalográfica do canal em transistores com alta mobilidade de elétrons
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Data
2023-04-27
Autores
Nogueira, Carlos Roberto
Título da Revista
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
O presente trabalho visa estudar o desempenho de transistores de alta mobilidade eletrônica (HEMTs) formados a partir de uma heterojunção (AlGaN/GaN – Nitreto de Gálio e Alumínio/Nitreto de Gálio) com diferentes orientações de canal. Corrente de dreno (IDS), transcondutância (gm,), tensão de limiar (VTh), resistência (RT), inclinação de sublimiar (SS) e redução de barreira induzida por dreno (DIBL) serão analisadas. Figuras de mérito importantes, como a relação de transcondutância para corrente de dreno (gm/ID), condutância de saída (gD) e tensão Early (VEA), também serão verificadas. Neste estudo, serão analisados dispositivos com orientação de canal fixada em 0°, 90° e 45°, fabricados em substrato de silício de alta resistividade (HR – Si <111>). Ao reduzir o comprimento do canal (LG), houve alteração em todos os parâmetros do dispositivo (KAMMEUGNE, et al., 2021), devido ao efeito de canal curto que, além de promover uma redução na tensão limiar (VTh) quando o aparelho opera com valores baixos de VDS, reduz ainda mais quando é aplicado um VDS alto (em saturação), devido ao efeito DIBL. Essa característica foi observada para todos os dispositivos com diferentes larguras de canal (W) e para as três orientações de canal. Porém, quando analisados dispositivos com as mesmas características construtivas em diferentes orientações de canal, valores quase coincidentes atestam a não interferência da orientação cristalográfica do canal devido às suas principais figuras de mérito. Entretanto, quando dispositivos com características construtivas iguais foram analisados em diferentes orientações de canal, verificou-se que os valores foram praticamente coincidentes, indicando que a orientação cristalográfica do canal não interfere significativamente nas principais figuras de mérito. Por fim, os resultados mostraram que devido à camada 2DEG formada na interface das camadas de AlGaN/GaN, que apresenta uma alta mobilidade eletrônica, todos os dispositivos apresentaram um comportamento semelhante.
The present work aims to study the performance of high electronic mobility transistors (HEMTs) formed from a heterojunction (AlGaN/GaN – Gallium Nitride and Aluminum/Gallium Nitride) with different channel orientations. Drain current (IDS), transconductance (gm,), Threshold voltage (VTh), resistance (RT), subthreshold slope (SS) and Drain Induced Barrier Reduction (DIBL) will be analyzed. Important figures of merit, such as the ratio of transconductance to drain current (gm/ID), output conductance (gD) and Early voltage (VEA), will also be verified. In this study, devices with channel orientation fixed at 0°, 90° and 45°, manufactured on a high resistivity silicon substrate (HR – Si <111>) will be analyzed. By reducing the channel length (LG), there was a change in all device parameters (KAMMEUGNE, et al., 2021), due to the short channel effect which, in addition to promoting a reduction in the threshold voltage (VTh ) when the device operates with low VDS values, it reduces even more when a high VDS is applied (in saturation), due to the DIBL effect. This characteristic was observed for all devices with different channel widths (W), and for the three channel orientations. However, when devices that had the same constructive characteristics were analyzed in different channel orientations, almost coincident values attested to the non-interference of the crystallographic orientation of the channel due to its main figures of merit. Finally, the results showed that due to the 2DEG layer formed at the interface of the AlGaN/GaN layers, which presents a high electronic mobility, all devices presented a similar behavior.
The present work aims to study the performance of high electronic mobility transistors (HEMTs) formed from a heterojunction (AlGaN/GaN – Gallium Nitride and Aluminum/Gallium Nitride) with different channel orientations. Drain current (IDS), transconductance (gm,), Threshold voltage (VTh), resistance (RT), subthreshold slope (SS) and Drain Induced Barrier Reduction (DIBL) will be analyzed. Important figures of merit, such as the ratio of transconductance to drain current (gm/ID), output conductance (gD) and Early voltage (VEA), will also be verified. In this study, devices with channel orientation fixed at 0°, 90° and 45°, manufactured on a high resistivity silicon substrate (HR – Si <111>) will be analyzed. By reducing the channel length (LG), there was a change in all device parameters (KAMMEUGNE, et al., 2021), due to the short channel effect which, in addition to promoting a reduction in the threshold voltage (VTh ) when the device operates with low VDS values, it reduces even more when a high VDS is applied (in saturation), due to the DIBL effect. This characteristic was observed for all devices with different channel widths (W), and for the three channel orientations. However, when devices that had the same constructive characteristics were analyzed in different channel orientations, almost coincident values attested to the non-interference of the crystallographic orientation of the channel due to its main figures of merit. Finally, the results showed that due to the 2DEG layer formed at the interface of the AlGaN/GaN layers, which presents a high electronic mobility, all devices presented a similar behavior.
Descrição
Palavras-chave
HEMT, Heterojunção, Alta mobilidade eletrônica, AlGaN/GaN