Введение к работе
Актуальность темы.
Решение задач микроэлектроники по повышению быстродействия элементов интегральных схем (ИС), уменьшению их энергопотребления, увеличению степени интеграции ИС потребовало перейти к созданию элементов ИС яа основе полупроводниковых материалов груп-. пы АзВь, а также к введению в.их структуру гетеропереходов. Одним из перспективных элементов сверхбыстродействующих ИС являются биполярные гетероструктурные транзисторы (БГТ). Интерес к этим приборам резко возрос в последние годы, благодаря широкому внедрению в практику изготовления ИС таких технологий, как: молекулярно-лучевая эпитаксия и эпитаксия из паровой фазы метая-лоорганических соединений. В настоящее время основные усилия разработчиков БГТ направлены на совершенствование структуры транзистора и повышение за счет этого его быстродействия.
Отличительной особенностью субмикронных элементов на основе соединений типа АзВ& является сильная неравновесность электронно-дырочной плазмы, вызванная соизмеримостью времен релаксации импульса и энергии носителей заряда со временем их пролета через активную область прибора. В этих условиях процесс разогрева электронно-дырочной плазмы электрическим полем носит нелокальный характер, что находит свое проявление во всплеске средней скорости при резком изменении величины электрического поля, в нелокальной зависимости средней энергии, дрейфовой скорости и заселенности различных долин зоны проводимости от величины напряженности электрического поля, а также в возможности реализации баллистического и квазибаллистического переноса.
Сложность перечисленных явлений затрудняет создание простых достаточно адекватных моделей, позволяющих рассчитывать характеристики полупроводниковых приборов с субмикронными размерами и иметь ясные физические представления о принципах их функционирования. В этой связи большое значение приобретает математическое моделирование физических процессов в субмикронных элементах интегральных схем.
Цель работы.
Настоящее исследование посвящено кинетическому моделированию биполярных гетероструктурных транзисторов на основе полупроводниковых соединений типа А$Ві. Ставилась цель детально исследовать физические процессы, происходящие в субмикронных БГТ, и выяснить влияние этих процессов на быстродействие приборов.
Научная новизна и практическая ценность.
К моменту начала работы над диссертацией в научной литературе был опубликован ряд статей, посвященных математическому моделированию на основе кинетического подхода субмикронных БГТ. Однако, в этих работах уделялось недостаточное внимание комплексной оптимизации структуры БГТ в целом. В диссертационной работе был получен рад новых результатов. Проанализировано влияние физико-топологических параметров структуры БГТ (профиль легирования коллектор і юго перехода, толщины базового и коллекторного слоев), а также величин паразитных элементов транзисторной структуры (последовательные сопротивления эмиттера и коллектора, пассивное сопротивление базы, пассивная и контактная емкости база-коллекторного перехода) на его высокочастотные свойства. Исследовано влияние неоднороднолегированного коллекторного перехо-
да на зависимость частоты отсечки от величин приложенных напряжений. Построен к верифицирован по известным в литературе экспериментальным данным метод расчета высокочастотных характеристик БГТ, учитывающий неравновесный перенос носителей заряда, эффекты высокого уровне инжекции, а также реальную геометрию прибора.
Создан пакет программ, который может быть использован в системах автоматизированного проектирования субмихронных БГТ.
Апробация работы.
Основные результаты работы докладывались на научном семинаре под руководством профессора В.И.Рыжия, на научном семинаре под руководством профессора А.А.Орлнковского, :а VI республиканской школе-семинаре "Математическое и машинное моделирование в микроэлектронике" (Паланга, 1Э91), а также на международных конференциях "International Conference on VLSI and CAD" (Seoul, Korea, 1991), "International Conference of Microelectronics" (Warsaw, Poland, 1992)," The International Workshop on Computational Electronics* (University of Leeds, England, 1993), "International Conference on VLSI and CAD, (Seoul, Korea, 1993), "International Conference en Advanced Microelectronic Devices and Processing" (Sendai, Japan, 1994).
Публикация.
По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, перечисленных в конце автореферата.
Объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Работа изложена на 147 страницах машинописного текста и содержит 46 рисунков на 44 страницах. Слисок литературы
включает 100 наименования.
