Транзисторы с высокой подвижностью носителей

Одним из самых распространенных видов полупроводниковых приборов являются полевые транзисторы. К их числу принадлежит, в частности, и рассмотренная ранее МДП-структура. Если к инверсионному слою создать два контакта, называемые истоком и стоком и расположенные на расстоянии l друг от друга, то при напряжении между ними, равном V, в канале будет течь ток:

где b — ширина канала, а µ — подвижность носителей в нем. Изменяя с помощью затвора концентрацию в канале n_s, мы можем осуществлять управление током исток—сток аналогично тому, как в обычном (биполярном) транзисторе напряжение базы управляет током коллектор - эмиттер. Крутизна характеристики такого транзистора определяется по формуле:

Видно, что крутизна полевого транзистора пропорциональна подвижности носителей. Поэтому сразу возникает желание использовать в полевых транзисторах

структуры с модулированным легированием, обладающие гигантской подвижностью носителей. Для этого требуется решить задачу об управлении концентрацией двумерных носителей в этих структурах. Она решается путем создания контакта Шоттки на широкозонном легированном слое. Если толщина этого слоя достаточно мала, то области обеднения вблизи гетероперехода и контакта Шоттки перекрываются, и все доноры широкозонного слоя оказываются ионизованными. В результате он играет роль диэлектрика, гетероструктура становится аналогом МДП-структуры и концентрация двумерных электронов линейно зависит от напряжения на затворе (контакте Шоттки). Созданные таким образом полевые транзисторы часто обозначают английский аббревиатурой НЕМТ (High Electron Mobility Transistor — транзистор с высокой подвижностью электронов). На самом деле полностью использовать преимущества высокой подвижности двумерного газа и получить транзисторы с крутизной, во много раз большей, чем у обычных МДП-транзисторов, не удается. Причина в том, что в реальных приборах для получения высокого быстродействия и высокой плотности интеграции в БИС расстояние между истоком и стоком l делается весьма малым (~1 мкм). При этом напряженность поля в канале настолько велика, что дрейфовая скорость электронов уже не пропорциональна полю (с коэффициентом, равным подвижности), а выходит на насыщение. В результате крутизна G не описывается формулой выше, а слабее зависит от подвижности носителей.

Тем не менее использование структур с модулированным легированием приводит к некоторому повышению крутизны полевых транзисторов. При температуре 77 К она может быть доведена до значений порядка 500 мСм/мм.

Два других важных параметра — характерное время переключения и энергетические затраты на одно переключение транзистора — также могут быть уменьшены по сравнению со стандартными полевыми транзисторами на однородном GaAs. В настоящее время ряд фирм уже ведет конкретные разработки быстродействующих компьютеров, использующих в качестве элементной базы полевые транзисторы с модулированным легированием.

Дата добавления: 2014-01-11