Simulation bidimensionnelle de l’effet des pièges profonds dans le substrat sur les caractéristiques des Transistors à Effet de Champ en Ar

Abstract

Dans cette thèse, la réduction de la conductance des transistors GaAs FETs par une tension négative appliquée au substrat (effet backgating ou sidegating) a été modélisée numériquement dans le but de préciser quel est le type de piège responsable de ce phénomène. La modélisation dérive-diffusion est effectuée pour plusieurs ensembles de niveaux profonds dans le substrat. Il a été observé que les accepteurs profonds sont principalement responsables du backgating et ce, indépendamment du type de niveau peu profond dans le substrat. Dans ce cas, il n'existe pas de seuil. Lorsque les niveaux donneurs profonds sont présents dans le substrat, on observe que cet effet est réduit avec une tension de seui. La présence d'une couche tampon entre le canal et le substrat semi-isolant contribue également à réduire l’effet backgating. Le modèle hydrodynamique bidimensionnel est réalisé pour prédire les performances des transistors de puissance III-V à grille courte. Le modèle est basé sur les équations de conservation, déduites de l'équation de transport de Boltzmann, et résolues dans leur forme entière. Ce modèle est également bien adapté pour étudier les effets des niveaux profonds de substrat sur le dispositif. Les résultats du modèle hydrodynamique (modèle physique) ont été comparés à celui du modèle entièrement-distribué (modèle électrique), en particulier, dans le cas de fonctionnement en hautes fréquences où les dimensions des électrodes des transistors comme les FET deviennent comparables à la longueur d'onde, mettant en évidence l’effet parasite de la propagation des ondes. Ainsi, cet effet doit être évalué avec précision afin d'assurer une conception fiable. Dans le modèle électrique, les électrodes des transistors ont été divisées en un nombre infini de segments, chaque segment étant considéré comme une combinaison de trois lignes de transmission couplées et d’un circuit équivalent FET classique. Les équations différentielles résultantes ont été résolues en utilisant la méthode des différences finies dans le domaine temporel, une approche temporelle précise et efficace de modélisation du transistor. En outre, nous avons démontré l’aptitude du modèle hydrodynamique bidimensionnel de fournir des indications précieuses sur les caractéristiques des composants, indications confirmées par les mesures. Ainsi, le modèle HDM a été utilisé pour étudier l'effet de la longueur de la grille et la profondeur de son recess sur le MESFET à grille creusée et le pHEMT. Il a été constaté que les performances sont améliorées en réduisant la longueur de la grille et l’augmentation de son approfondissement. L’effet de l’augmentation de la densité de la couche delta–doped a été aussi étudié. En effet, ca améliore l'efficacité du transfert des électrons de la couche AlGaAs au canal InGaAs. Pour les niveaux profonds, il a été constaté que les accepteurs profonds améliorent les performances des transistors tandis que les donateurs profonds les dégradent.