Entwurf und Technologie von Heterostrukturfeldeffekttransistoren auf InP-Basis mit hohem Verstärkungsbandbreiteprodukt bei hoher Leistungsverstärkung:
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| Published: |
Düsseldorf
VDI Verl.
1996
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Autor: Strähle, Silvia
Jahr: 1996
V INHALTSVERZEICHNIS Seite LISTE DER SYMBOLE..........................................................................................VIII 1. EINLEITUNG UND MOTIVATION.....................................................................1 2. WIRKUNGSWEISE DES HETEROSTRUKTURFELDEFFEKT TRANSISTORS.......................................................................................................5 2.1. Eindimensionales Ladungsträger-KontroUmodell............................................5 2.2. Die Strom-Spannungsbeziehung des HEMTs................................................10 2.3. Modell zur Beschreibung des Hochfrequenzverhaltens..................................16 3. AUFBAU UND ANALYSE DER EPITAXIESTRUKTUREN............................21 3.1. Aufbau der Epitaxiestrukturen.......................................................................21 3.1.1. Kontaktschicht.................................................................................22 3.1.1.1. Theoretische Betrachtungen.................................................22 3.1.1.2. Variation der Kontaktschichten............................................25 3.1.2. Schottkyschicht...............................................................................28 3.1.3. Dotierschicht...................................................................................29 3.1.3.1. Dotierprofil..........................................................................29 3.1.3.2. Dotierdichte.........................................................................30 3.1.3.3. Ort der Dotierung................................................................30 3.1.3.4. Probenserien........................................................................32 3.1.4. Spacer..............................................................................................34 3.1.5.
Kanal...............................................................................................35 3.1.5.1. Kanaikonfigurationen..........................................................37 3.1.6. Puffer..............................................................................................39 4. HERSTELLUNG DER TRANSISTOREN..........................................................41 4.1. Prinzipielle Technologieschritte....................................................................41 4.2. MESA...........................................................................................................42 4.3. Ohmsche Kontakte........................................................................................45 4.3.1. Optimierung der Ohmschen Kontakte..............................................45 4.3.1.1. Einfluß der Legiertemperatur und Legierzeit auf den Kontaktwiderstand........................................................46 4.3.1.2. Einfluß der Reinigungsschritte auf den Kontaktwiderstand ..48
VI 4.3.1.3. Einfluß der Metalle auf den Kontaktwiderstand...................50 4.4. Gatekontakt und Rezeß..................................................................................52 4.4.1. Variation des Gaterezeß...................................................................52 4.4.1.1. Theoretische Abschätzung...................................................52 4.4.1.2. Technologie.........................................................................54 5. CHARAKTERISIERUNG DER GLEICHSTROMEIGENSCHAFTEN...........61 5.1. Ausgangskennlinienfeld................................................................................62 5.2. Steilheitsverlauf.............................................................................................66 5.3. Gatediodencharakteristik und Durchbruchverhalten.......................................69 5.3.1. Änderung des Al-Gehalt in der AlInAs Schottkyschicht..................71 5.3.2. Änderung der Rezeßtechnologie......................................................72 5.3.3. Änderung des lateralen Rezeß..........................................................73 6. HOCHFREQUENZANALYSE DER TRANSISTOREN....................................75 6.1. Hochfrequenzmessung...................................................................................75 6.2. Extraktion der Kleinsignal-Ersatzschaltbildgrößen........................................76 6.2.1. Bestimmung der parasitären Padkapazitäten....................................78 6.2.2. Bestimmung der parasitären Induktivitäten und Widerstände.....................................................................................78 6.2.3. Bestimmung der intrinsischen Kleinsignalgrößen............................79 6.3. Bestimmung der Verstärkung und Grenzfrequenzen......................................84 6.3.1. Stromverstärkung h 2 i und Grenzfrequenz f t ....................................84 6.3.2.
Maximal verfügbare Verstärkung MAG und maximal verfügbare stabile Verstärkung MSG...............................................84 6.3.3. Die maximale unilaterale Verstärkung MUG...................................86 6.4. Analyse der Transistoren...............................................................................87 7. DISKUSSION DER ERGEBNISSE......................................................................98 7.1. Vergleich der Transistoren............................................................................98 7.2. Drift-Modell................................................................................................103 8. ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK.......................................................109 Ausblick.............................................................................................................111
vn ANHANG...................................................................................................................112 ANHANG A......................................................................................................112 Schichtaufbauten.......................................................................................112 Standard HEMT Struktur.................................................................112 Doppelseitig dotierte HEMT-Struktur..............................................113 GalnAs/InP Subkanal HFET-Struktur..............................................114 Serie kanaldotierter HFET-Strukturen..............................................115 ANHANG B......................................................................................................116 Bestimmung der Ätzraten der selektiven Ätze für GalnAs und AlInAs......................................................................................................116 Bestimmung der Ätzraten für GalnAs, AlInAs und InP.............................117 ANHANG C......................................................................................................119 Optischer Zweilagenlackprozeß für Lift-Off-Profile..................................119 ANHANG D......................................................................................................122 Bestimmung der parasitären Padkapazitäten..............................................122 Bestimmung der parasitären Induktivitäten und Widerstände....................122 Bestimmung der intrinsischen Kleinsignalgrößen......................................123 LITERATURLISTE 127
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