Анотація – Моделюються характеристики польового гетеротранзістора з вбудованими квантовими точками на основі двовимірної чисельної моделі

I                                       Введення

Створення сучасної елементної бази електроніки неможливо без підвищення швидкодії І робочих частот активних компонентів Останнім часом великий практичний інтерес являють собою польові гетеротранзістори з вбудованими квантовими точками (КТ), так як така структура дозволяє створити умови дрейфу носіїв, при яких сплеск дрейфовой швидкості проявляється Найбільшою мірою

У роботі розглядаються фізичні процеси У гетероструктурних транзисторах з КТ, а також описує цей механізм двовимірна чисельна модель

II                              Основна частина

Отримання КТ базується в основному на гетеро-епітаксиальні зростанні за механізмом Странски-Крастанова, коли період решітки вирощуваного ШАРУ не збігається з періодом решітки підкладки, і КТ починають формуватися при досягненні вирощуваним шаром певної критичної ТОВЩИНИ [1]

Як показано в роботі [2] для гетеротранзісторов З КТ максимальна дрейфова швидкість, відповідна насиченню струму в сильних полях, значно зростає

У традиційній структурі гетеротранзістора носії заряду прискорюються в електричному полі до енергії оптичного фонона, а потім втрачають придбану У ЦЬОМУ поле швидкість в результаті різкого непружного розсіювання з емісією оптичного фоно-на Ці процеси обмежують прояв ефекту «сплеску» дрейфовой швидкості і призводять до її насичення

Формування у квантовій ямі GaAs шарів КТ InAs призводить до квантування моментів оптичних фононів В GaAs між КТ InAs як у поздовжньому, так І В поперечному руху електрона напрямку Кожна линзообразная КТ є відбивачем оптичних фононів в GaAs [2] Мінімальний момент оптичного фонона в напрямку х визначається за формулою:

Тимофєєв В І, Фалєєва Є М Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» пр Перемоги, д 37, Київ, 03056, Україна

Рис 1 Гетероструктурних транзистор з КТ

Fig 1 Heterogeneous transistor with quantum dots

Модельована структура транзистора представлена ​​на рис1:

де / ^-товщина шару GaAs між КТ InAs і гетеропереходом Якщо / ^ <12.5 НМ, ТО електрони у своєму русі ПІД дією поля досягають енергії оптичного фонона, що не зустрічають фононів, на яких могли б розсіятися, і їх дрейфова швидкість зростає з ростом електричного поля, поки не відбувається не-пружне розсіяння на квантовому оптичному фононі.

Необхідною умовою для істотного збільшення максимальної дрейфовой швидкості є малий розмір довжини квантування / ^, який МОЖНА оцінити за формулою [3]:

Цю умову можна виконати при достатній ГУСТИНИ КТ, що утворюють суцільний барєр уздовж всього каналу структури і малій товщині шарів GaAs між шарами КТ

Квантування моменту оптичних фононів виштовхує ЇХ З простору моментів електронів І тим самим знімає обмеження на зростання дрейфовой швидкості [3]

Для моделювання нестаціонарних процесів дрейфу використовується двовимірна чисельна фізико-топологічна модель [4], що включає наступну систему рівнянь: рівняння збереження частинок

(1) , Рівняння збереження енергії (2), рівняння збереження імпульсу (3), (4), а також рівняння Пуассона (5) І рівняння для густини струму (6):

Результати моделювання показали, що дрейфова швидкість носіїв (рис 2) при вбудовуванні в канал навіть близько десяти точок зростає в кілька разів порівняно з традиційними гетерот-ранзісторамі [4]

Рис 2 Розподіл дрейфовой швидкості в структурі транзистора з КТ

Fig 2 Distribution of drift velocity In the transistor structure with quantum dots

Це повязано з тим, що при високій щільності КТ у гетероперехода частина електронів двовимірного гетерослоя при розігріві електричним полем долаючи потенційний барєр в підкладці можуть «захоплюватися» квантовими точками Середня енергія таких електронів буде істотно менше електронів двовимірного електронного газу гетероперехода Інший механізм «охолодження» електронного газу повязаний з інжекцією в канал електронів провідності з малими початковими енергіями, що зменшує ймовірність їх розсіювання на оптичних фоно-нах, яке є переважаючим в субмікронних-них структурах в умовах сильних полів Обидва ці обставини призводять до зменшення середньої температури колективу електронів і високим значенням дрейфовой швидкості

III                                  Висновок

в роботі наведено опис фізичних процесів і моделі польового гетеротранзістора з КТ і описаний механізм підвищення дрейфовой швидкості носіїв заряду Для аналізу субмикронной структури використана чисельна фізико-топологічес-кая модель, що включає систему релаксаційних рівнянь Аналіз результатів моделювання показує, що вбудовування в гетеротранзістор навіть невеликої кількості КТ помітно змінює картину розподілу потенціалу та електричного поля і, як наслідок, швидкості дрейфу носіїв в каналі транзистора, при цьому максимальна дрейфова швидкість електронів значно зростає

IV                           Список літератури

[1] Мокеров В Г, Федоров Ю В, BenuKoecKuiJ Л Е, Щербакова М Ю Новий гетероструктурних транзистор на квантових точках Докл РАН, 2000, т 375, № 6

[2] Мокеров В Г, потиснути Ю, потиснути К, Юцана В гетероструктурних транзистор на квантових точках з підвищеною максимальною дрейфовой швидкістю електронів Фізика і техніка напівпровідників, 2006, т 40, № 3

[3] Знизала Ю К, Мокар В Г Велике підвищення максимальної дрейфовой швидкості електронів в каналі польового гетеротранзістора Фізика і техніка напівпровідників, 2006, т 40, № 3

[4] Тимофєєв ΒΙ Моделювання релаксац1йніх процеав ро-з Гр Ву електронного газу в субм1кронніх гетеротранзісторах / / наук BiCTi ​​НТУУ КП1» -2004 – № 5-С23-29

MODELING OF THE HETEROSTRUCTURE FIELD-EFFECT TRANSISTOR WITH QUANTUM DOTS

Timofeyev V I, Faleyeva E M

National Technical University of Ukraine «ΚΡΙ»

37, Pobedy Ave, Kiev, 03056, Ukraine

Abstract – Characteristics of the heterostructure transistor with quantum dots (QD) on the grounds of two-dimensional numerical model are presented

I                                        Introduction

Creating of a modern elemental base of electronics is impossible without increasing the active components speed

The heterostructure field-effect transistors with quantum dots (QD) are of great interest in last time because this structure allows meeting the carriers drift conditions when the displaying of drift velocity splash is the greatest The physical processes in the heterostructure transistors with QD and describing this mechanism two-dimensional numerical model were considered

II                                       Main Part

Receiving of QD is based on the heteroepitaxial growth of the Stransky-Krastanov mechanism, when the grown layer lattice period does not coincide with the substrate lattice period

Charge carriers in the electrical field are speeding-up till the optical phonon energy and then they lose their velocity obtained in this field as a result of non-elastic scattering on the optical phonons

Forming of InAs QD in the GaAs quantum well results in optical phonon moments’ quantization in GaAs between InAs QD in longitudinal and transversal direction of electron moving The minimum optical phonon moment in direction x is:

where is the GaAs layer thickness between InAs QD and heterojunction If < 125 nm, then electrons in their moving

under electrical field influence reach the optical phonon energy do not meet phonons being able to disperse them, and their drift velocity raises with a electric field raise until non-elastic scattering on a quantum optical phonon take place

Optical phonons moment quantization pushes them out the electron moments’ space and dismounts drift velocity increasing limit

For non-stationary drift processes modeling two-dimen- sional numerical model is used It includes the following equations system: particles conservation equation, energy conservation equation, momentum conservation equation, Poisson equation and current density equation

III                                      Conclusion

Modeling results have shown that charge carriers drift velocity is increasing in times with embedding to channel even ten dots comparatively with traditional heterotransistors

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р