Estudo do comportamento de transistores MISHEMT com diferentes dielétricos de porta

• Autor(a) principal: Carmo, Genilson Julião do
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UNESP
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/11449/235389
• topic: Transistores; Semicondutores; Microeletrônica; Engenharia elétrica

Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento elétrico do transistor MISHEMT (Isolante/AlGaN/AlN/GaN) a partir dos parâmetros elétricos do mesmo. O comportamento do transistor foi estudado variando-se o tipo do material isolante de porta, as dimensões do dispositivo (comprimento da porta, distancias porta/fonte e porta/dreno, profundidade dos contatos de fonte e dreno) e temperaturas de funcionamento do dispositivo. Como isolantes de porta, foram utilizados os materiais Si3N4 de 2nm de espessura e Al2O3 com 10nm de espessura. Em uma primeira análise, variou-se o comprimento do canal do transistor de 200nm até 600nm. Os dispositivos foram analisados operando em temperaturas variando de 25ºC à 200ºC. Nas análises seguintes, o comportamento do transistor foi estudado variando-se as distâncias de porta/fonte (LGS) e porta/dreno (LGD) e a profundidade dos contatos de fonte e dreno. As curvas de transferência para o dispositivo com isolante de Al2O3 apresentaram histerese, enquanto a histerese pode ser negligenciada para o dispositivo com isolante de porta Si3N4. Quando analisada a tensão de limiar (VT), o transistor com isolante de porta Si3N4 apresenta valores menos negativos de VT, melhor comportamento aos efeitos de canal curto e melhores respostas ao DIBL (Drain Induced Barrier Lowering). No entanto, quando a análise de VT inclui os efeitos da variação da temperatura, enquanto o transistor de Al2O3 apresentou um comportamento convencional (redução de VT com o aumento da temperatura), um comportamento não esperado ocorreu para os transistores com Si3N4. Este comportamento anômalo deve-se a uma dupla condução que foi observada mais facilmente na curva da transcondutância. Essa dupla condução parece estar relacionada às diferentes componentes de corrente do dispositivo estudado. Essa dupla condução da curva de gm sugere que a corrente total do dispositivo parece ser influenciada pela condução MOS e pela condução 2DEG (Two-dimensional electron gas). Esses canais de condução de corrente acontecem nas interfaces das junções dos materiais. Apesar do transistor de Si3N4 apresentar maiores valores de corrente de fuga pela porta, o que parece estar relacionado com a espessura do isolante, o transistor Al2O3 apresenta um importante auto aquecimento do dispositivo, sendo inapropriado para aplicações analógicas. O potencial do transistor com isolante de Si3N4 para aplicações analógicas foi avaliado e o mesmo apresentou bom desempenho do ganho intrínseco de tensão e mesmo com a variação da temperatura o dispositivo apresentou uma boa estabilidade térmica. Dispositivos com profundidade de contatos alcançando o topo do material AlGaN apresentaram maior degradação de gm e IDS em comparação com os dispositivos com contatos alcançando o material AlN. Quanto menores as distâncias LGS e LGD, menor a degradação de IDS e gm. O comportamento de IDS e gm pode ser explicado pelas resistências séries associadas as configurações estudadas. As curvas das bandas de condução e concentração de elétrons sugerem três prováveis canais de condução associados ao dispositivo estudado.