МОДЕЛИРОВАНИЕ РТД НА ОСНОВЕ GaAs/AIGaAs С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОДНОЗОННОЙ КОМБИНИРОВАННОЙ МОДЕЛИ

January 16, 2013 by admin Комментировать »

Абрамов И. И., Гончаренко И. А. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники П. Бровки 6, г. Минск, 220013, Беларусь e-mail: nanodev@bsuir.edu.by

Аннотация – С использованием комбинированной однозонной модели проведено исследование влияния концентрации примеси в приконтактных областях и формы барьеров на вольт-амперные характеристики резонанснотуннельных диодов на основе GaAs/AIGaAs.

I.                                       Введение

При исследовании электрических характеристик резонансно-туннельных диодов (РТД) необходимо учитывать ряд важных факторов, таких как форма разрыва зон на гетерограницах, рассеяние, поверхностный заряд. Кроме того, в модели должно описываться взаимодействие между активными (квантовомеханическими) областями и достаточно протяженными (макроскопическими) областями, присутствующими в реальных структурах. Для описания отмеченных факторов целесообразно использование комбинированных моделей.

Целью данной работы является исследование с помощью комбинированной однозонной модели [1, 2] вольт-амперных характеристик (ВАХ) РТД на основе GaAs/AIGaAs.

II.  Однозонная комбинированная модель

Поясним кратко разработанную однозонную комбинированную модель РТД [1, 2], с использованием которой выполнялись расчеты. Она основана на по- луклассическом и квантовомеханическом (формализм волновых функций) подходах. Модель позволяет учитывать влияние заряда в различных областях структуры, включая поверхностный на гетерограницах, формы разрыва зон, рассеяние в квантовой яме и сопротивления протяженных макроскопических областей. В ней осуществляется самосогласованное решение уравнений Шредингера и Пуассона в активной области прибора. Последнее уравнение решается и для оставшихся областей прибора. В работе [2] показана важность учета всего комплекса указанных факторов при расчете ВАХ РТД.

Для описания формы барьера применялась гиперболическая аппроксимация [3,4], которая подобна часто используемой при учете потенциала сил изображения в упрощенных моделях туннельного эффекта. Аппроксимация проводилась для областей барьеров и квантовой ямы. В результате исходный потенциальный профиль описывался соотношением:

где Fjo “ высота эквивалентного прямоугольного

барьера, знак «-» соответствует области барьера, а «+» – области ямы, γ – коэффициент, d – ширина барьера, х – координата для барьера, причем в (1)

– относительная диэлектрическая проницаемость среды, sq – диэлектрическая проницаемость вакуума, q – заряд электрона.

Программа, реализующая предложенную модель, была вкпючена в систему моделирования наноэлек- тронных приборов NANODEV [5], предназначенную для персональных ЭВМ.

III.               Результаты моделирования

Расчет ВАХ проводился для двухбарьерного РТД, изготовленного на основе GaAs/Alo,4Gao,6As, структура и параметры областей которого представлены на рис.1. Области РТД пронумерованы от 1 до 9, начиная от эмиттерного контакта.

Рис. 1. Структура РТД на основе GaAs/AIGaAs.

Fig. 1. GaAs/AIGaAs RTD structure

При вычислениях использовались следующие значения электрофизических параметров: высота барьеров для AIGaAs 0,38 эВ, эффективные массы в GaAs и AIGaAs               = 0,068/Ио,         AIGaAs =

0Д01/И0, где niQ- масса покоя электрона; диэлектрические проницаемости областей для GaAs и AIGaAs = 13,18 и 11,93. Поперечный волновой вектор кц =0 м’\ Диаметр сечения диода равен

120 мкм. Расчеты выполнены для комнатной температуры на неравномерной сетке с параметрами: минимальный шаг — 2 А, максимальный шаг — 8 А, коэффициент неоднородности сетки — 1,1. В проведенных расчетах не учитывалось влияние поверхностного заряда на гетерограницах, рассеяние в квантовой яме и сопротивления протяженных приконтактных областей.

На рис.2 приведены результаты расчетов для трех значений концентрации примеси в областях 2 и 8. Кривая 1 получена для Nd=2-10^® м’®, а кривые 2 и Здля концентраций примеси 2 Ю^^м’®и 2-10^”м’®. При этом коэффициент γ = 0 . Из рис.2 следует, что при снижении Nd существенно увеличивается пиковое напряжение, а пиковый ток при этом уменьшается незначительно. Полученные результаты согласуются с экспериментальными исследованиями РТД работы [6].

Puc. 3 Влияние коэффициента формы барьера γ на ΒΑΧ РТД.

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

Ha рис. 3 иллюстрируются рассчитанные ΒΑΧ РТД для различных значений коэффициента формы барьера χ (кривые 2-4) и экспериментальные данные (кривая 1) работы [6]. Концентрация примеси в приконтактных областях задавалась равной 2Ί0^^μ’ Кривые 2-4 получены для трех значений коэффициента χ в формуле (1), равных О, 0,25 и 0,3. Из

рис.З следует, что с ростом χ наблюдается увеличение пиковых токов и напряжений, которое можно связать с возрастанием проницаемости барьеров. Проведенные исследования показали, что согласование результатов моделирования с экспериментальными данными по пиковым токам и напряжениям может быть получено в случае использования гиперболической аппроксимации барьеров и квантовой ямы, не прибегая к другим согласующим параметрам комбинированной модели.

IV.                                 Заключение

в результате проведенных исследований было установлено, что существенным является влияние формы барьеров и квантовой ямы на ВАХ РТД. Так, варьируя коэффициент формы барьера χ , удалось получить неплохое согласование результатов расчета с экспериментальными данными по пиковым току и напряжению.

Анализ результатов расчета ВАХ РТД для различных концентраций примеси в приконтактных областях показал, что ее уменьшение приводит к существенному росту пикового напряжения, что также согласуется с результатами эксперимента [6].

V.                          Список литературы

Щ Абрамов И. И., Гончаренко И. А.!! Электромагнитные волны и электронные системы, 2002, т.7, N3, с.54-60.

[2] Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Коломейцева Н. В. // ФТП, 2005, т.39, ВЫП.9, с.1138-1145.

Рис. 2. Влияние концентрации примеси в приконтактных областях на ВАХ РТД.

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

[3] Абрамов И. И., Новик Е. Г. Численное моделирование металлических одноэлектронных транзисторов. Минск, Вестпринт, 2000, 164 с.

[4] Абрамов И. И., Гончаренко И. А. // 12-я Международная конференция «СВЧ техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо’2002). Материалы конференции. Севастополь: 2002, с. 464-465.

[5] Абрамов И. И., Гончаренко И. А., Игнатенко С. А., Королев А. В., Новик Е. Г., Рогачев А. И. И Микроэлектроника, 2003, т. 32, № 2, с. 124-133.

[6] Wu J. S., Chang С. У., Lee С. Р., Chang К. Н., Liu D. G.!! 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@bsuiredu.by

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 fig.1.

Presented in Fig.2 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 Fig.3 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 for;r : 0; 0.25 and 0.3.

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].

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2006г. 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты