【N-mosfet跨导调制的器件设计】 N是那种器件

　　摘要 本文根据n-mosfet的跨导在压力作用下随着压力的增加而减小。主要通过由非掺杂层厚度L的变化的方法来实现其中电子迁移率的改变。设计了在压力作用下跨导可以调制的mosfet器件。基于量子力学理论详细的介绍了器件的设计及理论依据。
　　关键词 跨导；金属场效应晶体管；GaAs/AlGaAs；异质结；迁移率
　　中图分类号TN303 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）35-0205-02
　　0 引言
　　随着材料科学的进步，理论和实验两方面对半导体材料中输运现象的研究成果已有一定积累，有关半导体异质结构中电子态、极化子的结合能[1] 、振动频率等物理量随压力的变化等研究也在不断深入，Holtz、Ban等人都对这一问题做过讨论[2]，但MOSFET异质结中电子迁移率的压力效应的器件设计还鲜有研究。
　　1 器件设计的理论模型
　　由于晶体管在微电子和集成电路的重要地位，而跨导又是MOSFET的一个极重要参数，所以对跨导调控的研究也是非常重要的。1978年和1979年Dingle，，Gossard，Wiegmann[3]和Hess在实验和理论上研究了载流子与母体施主杂质分离后迁移率的增强。在GaAs/AlGaAs异质结中，发现了局域在异质结界面GaAs侧的电子具有很高的迁移率[4]。 GaAs/AlGaAs MOSFET通常用分子束外延方法在（001）GaAs衬底上生长。先是n型的GaAs缓冲层，然后生长一个厚度为L的非掺杂AlGaAs隔离层以及一个n+型AlGaAs层，最后是覆盖层。由于GaAs/AlGaAs异质结中存在的能带偏移，电子从n+型的AlGaAs层流到GaAs侧，与施主空间分离形成二维电子气图1。
　　2.2 压力对各个参数的影响
　　在压力作用下 ，AlGaAs/GaAs异质结的内建势，半导体的能隙、电子的有效质量、材料的介电常数以及晶格振动频率等参数都会发生变化。在外加压力的作用下，非掺杂AlGaAs隔离层将部分地分担内建电势，减少了量子阱的深度，和二维电子气的面密度也随之减少，表1列出了在外加压力的作用下非掺杂层厚度L的变化导致电子迁移率改变的三个主要因子以及电子迁移率。
　　3 压力对跨导的影响
　　MOSFET的一个极其重要的工作参量是跨导，具有高跨导的器件可以提供大电流，对电容性负载进行充放电，由此可以减少开关（充放电）时间，达到较高的工作频率。而且，高跨导可以在低输入电压时有相对较高的输出电流，因而可以减少功耗。
　　由压力引起跨导变化的曲线可以看出，随着压力（应力）的增加n-mosfet跨导显著减小。这是因为压力对迁移率的影响来自于压力对电子的有效质量、材料的介电常数、禁带宽度以及晶格振动频率等各参数的综合效应，该效应主要通过影响导带弯曲程度和异质结势垒高度及材料的本身属性来反映的。
　　4 结论
　　综合上述关系图看到减小L可以增加二维电子气的面密度。然而，L基本上代表了二维电子气和掺杂原子间的重叠，减小L，二维电子气与型AlGaAs层中的杂质间的重叠则将增加，因而二维电子气将受到更大的电离杂质散射和晶格散射。同时还要受到与沟道壁碰撞引起的附加散射。外加应力加强了附加散射，这使得两次碰撞之间的平均自由程时间减小，从而使得迁移率随之下降。从而引起跨导显著减小。并且从上图中可以看出在（0kbar~100kbar)的范围内跨导保持较高的稳定性。所以研究跨导在压力作用下的变化在纳机电领域、传感器领域以及IT行业可能有广泛的用途。由于本文忽略了磁场，温度等因素的影响再加实验偏少。所以文中设计的器件（图1）存在一定的不足，希望能给以后的研究提供一些帮助。
　　参考文献
　　[1]张敏，班士良.磁场对 GaAs/ Alx Ga1-xAs 异质结系统中束缚极化子的影响[J].半导体学报，2004，25.
　　[2]Holtz M，Seon M，Braf ran O，et al.Pressure dependence of the optic phonon energies in AlxGa1-xAs.Phys Rev B，1996，54(12) :8714.
　　[3]R Dingle，H L，A C Gossard，and W Wiegmann. Electron mobilities in modulation-doped semiconductor superlattices.
　　[4]傅英，陆卫.半导体量子器件物理[M].1版.科学出版社，2005：166.
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