Абрамов І І, Гончаренко І А Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки П Бровки 6, м Мінськ, 220013, Білорусь e-mail: nanodev@bsuireduby

Анотація – З використанням комбінованої однозонної моделі проведено дослідження впливу концентрації домішки в приконтактних областях і форми барєрів на вольт-амперні характеристики резонанснотуннельних діодів на основі GaAs / AIGaAs

I                                       Введення

При дослідженні електричних характеристик резонансно-тунельних діодів (РТД) необхідно враховувати ряд важливих факторів, таких як форма розриву зон на гетерограніцамі, розсіювання, поверхневий заряд Крім того, в моделі має описуватися взаємодія між активними (квантовомеханічними) областями і досить протяжними (макроскопічними) областями, присутніми в реальних структурах Для опису зазначених факторів доцільно використання комбінованих моделей

Метою даної роботи є дослідження за допомогою комбінованої однозонної моделі [1, 2] вольт-амперних характеристик (ВАХ) РТД на основі GaAs / AIGaAs

II Однозонна комбінована модель

Пояснимо коротко розроблену Однозонна комбіновану модель РТД [1, 2], з використанням якої виконувалися розрахунки Вона заснована на по-луклассіческом і квантовомеханічному (формалізм хвильових функцій) підходах Модель дозволяє враховувати вплив заряду в різних областях структури, включаючи поверхневий на гетерограніцамі, форми розриву зон, розсіювання в квантовій ямі і опору протяжних макроскопічних областей У ній здійснюється самоузгоджене рішення рівнянь Шредінгера і Пуассона в активній області приладу Останнє рівняння вирішується і для решти областей приладу В роботі [2] показана важливість врахування всього комплексу зазначених чинників при розрахунку ВАХ РТД

Для опису форми барєру застосовувалася гіперболічна апроксимація [3,4], яка подібна часто використовуваної при обліку потенціалу сил зображення в спрощених моделях тунельного ефекту Апроксимація проводилася для областей барєрів і квантової ями У результаті вихідний потенційний профіль описувався співвідношенням:

де Fjo висота еквівалентного прямокутного

барєру, знак «-» відповідає області барєру, а «+» – області ями, γ – коефіцієнт, d – ширина барєру, х – координата для барєру, причому в (1)

– Відносна діелектрична проникність середовища, sq – діелектрична проникність вакууму, q – заряд електрона

Програма, що реалізує запропоновану модель, була вкпючена в систему моделювання наноелек-тронних приладів NANODEV [5], призначену для персональних ЕОМ

III Результати моделювання

Розрахунок ВАХ проводився для двобарєрної РТД, виготовленого на основі GaAs / Alo, 4Gao, 6As, структура і параметри областей якого представлені на рис1 Області РТД пронумеровані від 1 до 9, починаючи від емітерного контакту

Рис 1 Структура РТД на основі GaAs / AIGaAs

Fig 1 GaAs/AIGaAs RTD structure

При обчисленнях використовувалися наступні значення електрофізичних параметрів: висота барєрів для AIGaAs 0,38 еВ, ефективні маси в GaAs і AIGaAs = 0,068 / Іо, AIGaAs =

0Д01/І0, де niQ-маса спокою електрона діелектричні проникності областей для GaAs і AIGaAs = 13,18 і 11,93 Поперечний хвильовий вектор кц = 0 м \ Діаметр перетину діода дорівнює

120 мкм Розрахунки виконані для кімнатної температури на нерівномірній сітці з параметрами: мінімальний крок – 2 А, максимальний крок – 8 А, коефіцієнт неоднорідності сітки – 1,1 У проведених розрахунках не враховувався вплив поверхневого заряду на гетерограніцамі, розсіювання в квантовій ямі і опору протяжних приконтактних областей

На рис2 наведені результати розрахунків для трьох значень концентрації домішки в областях 2 і 8 Крива 1 одержана для Nd = 2-10 ^ ® м ®, а криві 2 і Здля концентрацій домішки 2 Ю ^ ^ м ® і 2-10 ^’ м ® При цьому коефіцієнт γ = 0 З рис2 випливає, що при зниженні Nd істотно збільшується пікова напруга, а піковий струм при цьому зменшується незначно Отримані результати узгоджуються з експериментальними дослідженнями РТД роботи [6]

Puc 3 Вплив коефіцієнта форми барєру γ на ΒΑΧ РТД

Fig 3 The influence of barrier shape coefficient γ on RTD IV-characteristics

Ha рис 3 ілюструються розраховані ΒΑΧ РТД для різних значень коефіцієнта форми барєру χ (криві 2-4) та експериментальні дані (крива 1) роботи [6] Концентрація домішки в приконтактних областях задавалася рівної 2Ί0 ^ ^ μ Криві 2-4 отримані для трьох значень коефіцієнта χ у формулі (1), рівних О, 0,25 і 0,3 З

рісЗ випливає, що з ростом χ спостерігається збільшення пікових струмів і напруг, яке можна повязати із зростанням проникності барєрів Проведені дослідження показали, що узгодження результатів моделювання з експериментальними даними по піковим струмам і напругам може бути отримано у випадку використання гіперболічної апроксимації барєрів і квантової ями, не вдаючись до інших согласующим параметрами комбінованої моделі

IV                                 Висновок

в результаті проведених досліджень було встановлено, що істотним є вплив форми барєрів і квантової ями на ВАХ РТД Так, варіюючи коефіцієнт форми барєру χ, вдалося отримати непогане узгодження результатів розрахунку з експериментальними даними за піковими струму і напрузі

Аналіз результатів розрахунку ВАХ РТД для різних концентрацій домішки в приконтактних областях показав, що її зменшення призводить до істотного зростання пікової напруги, що також узгоджується з результатами експерименту [6]

V                          Список літератури

Щ Абрамов І І, Гончаренко І А!! Електромагнітні хвилі і електронні системи, 2002, т7, N3, с54-60

[2] Абрамов І І, Гончаренко І А, Коломейцева Н В / / ФТП, 2005, т39, вип9, с1138-1145

Рис 2 Вплив концентрації домішки в приконтактних областях на ВАХ РТД

Fig 2 The influence of doping concentration on RTD IV-characteristics

[3] Абрамов І І, Новик Е Г Чисельне моделювання металевих одноелектронних транзисторів Мінськ, Вестпрінт, 2000, 164 с

[4] Абрамов І І, Гончаренко І А / / 12-я Міжнародна конференція «СВЧ техніка і телекомунікаційні технології» (КриМіКо2002) Матеріали конференції Севастополь: 2002, с 464-465

[5] Абрамов І І, Гончаренко І А, Ігнатенко С А, Корольов А В, Новик Е Г, Рогачов А І І Мікроелектроніка, 2003, т 32, № 2, с 124-133

[6] Wu JS, Chang С У, Lee С Р, Chang К М, Liu DG! Solid-State Electron, 1991, Ν 4, p 403-411

SIMULATION OF GaAs/AIGaAs RTD USING ONE-BAND COMBINED MODEL

I I Abramov, I A Goncharenko Belarusian State University of Informatics and Radioeiectronics 6, P BrovkI str, Minsk, 220013, Belarus Ph: +375-17-293-8877, e-mail: nanodev@bsuireduby

Abstract – Presented in this paper are investigations regarding the influence of doping concentration in RTD barriers and on IV-characteristics

One-band combined RTD model [1,2] is based on semi- classical and quantum-mechanical (the wave-function formalism) approaches It takes into account the effect of charge in different regions, including surface charge at heterointerfaces, the shape of band offsets, scattering in the quantum well, and resistances of extended passive regions

In order to describe the barrier and quantum well shapes, hyperbolic approximation [3,4] has been used The potential profile in this case is approximated by the function (1)

IV-characteristics calculation was carried out for doublebarrier RTD made of GaAs/Alo,4Gao,6As Its structure and parameters are presented in fig1

Presented in Fig2 are IV-characteristics of RTD using one- band combined model for three different doping concentrations:

2-              10^^m^ (curve 1), 2-10^^m^ (curve 2) and 2-10^’ m^ (curve 3)

Presented in Fig3 are the results regarding the influence of barriers and well shapes approximation on IV-characteristics, in particular, coefficient r Curve 1 is experimental data [6]

Curves 2, 3, 4 are forr : 0 025 and 03

The investigations carried out demonstrate satisfactory agreement of the calculated peak current and voltage with experimental data, taking into account barrier shape coefficient r

Good results have been obtained for different doping concentrations in regions 2 and 8 Nd decreasing causes peak voltage increasing It is in good agreement with experimental data [6]

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