The results of Monte Carlo simulation of GaAs MOSFETs under impact ionization conditions in the conduction channel are presented. The main attention is paid to the transistor operation at a positive gate bias when the electron concentration in the channel under the gate considerably exceeds the channel doping level. The stationary characteristics including current voltage relation and velocity, energy and field profiles in the channel are calculated. Also, the drain current noise spectra at various drain biases are presented. The Gunn-effect dynamics in excess of electrons in the channel is investigated. The optimization of transistor geometrical, doping, and biasing parameters for high frequency generation is performed. It is shown that GaAs MOSFET can generate at 325 GHz frequency.

Keywords: terahertz, field-effect transistor, impact ionization, Gunn effect, GaAs
PACS: 72.20.Ht, 72.30. +q, 73.63.Hs

THz DAŽNIO GANO EFEKTO MONTE KARLO MODELIAVIMAS GaAs MOSFET TRANZISTORIAMS SU ELEKTRONŲ PERTEKLIUMI KANALE SMŪGINĖS JONIZACIJOS SĄLYGOMIS
V. Gružinskis, E. Starikov, P. Shiktorov
Fizinių ir technologijos mokslų centro Puslaidininkių fizikos institutas, Vilnius, Lietuva

Pateikti GaAs MOSFET tranzistorių smūginės jonizacijos kanale modeliavimo Monte Karlo metodu rezultatai. Pagrindinis dėmesys buvo kreipiamas tranzistoriaus veikimui esant teigiamai užtūros įtampai, kai elektronų koncentracija kanale po užtūra stipriai viršija kanalo legiravimo lygį. Apskaičiuotos stacionarios charakteristikos, tarp jų voltamperinės charakteristikos, greičio, energijos ir elektrinio lauko profiliai. Taip pat pateikti santakos srovės triukšmo spektrai esant įvairioms santakos įtampoms. Ištirta Gano efekto dinamika esantelektronų pertekliui kanale. Atlikta tranzistoriaus geometrinių, legiravimo ir elektrinių parametrų optimizacija siekiant gauti aukšto dažnio generaciją. Parodyta, kad GaAs MOSFET tranzistorius gali generuoti 325 GHz dažniu.

References / Nuorodos

[1] G.M. Dunn, G.J. Rees, and J.P.R. David, Semicond. Sci. Technol. 12, 1147–1153 (1997),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/12/9/014
 
[2] G.M. Dunn, A. Philips, and P.J. Topham, Semicond. Sci. Technol. 16, 562–566 (2001),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/16/7/306
 
[3] H. Marinchio et al., Phys. Status Solidi C 5, 257–259 (2008),
http://dx.doi.org/10.1002/pssc.200776572
 
[4] K. Brennan and K. Hess, Solid State Electron. 27, 347–353 (1984),
http://dx.doi.org/10.1016/0038-1101(84)90168-0
 
[5] A. Dargys and J. Kundrotas, Handbook on Physical Properties of Ge, Si, GaAs and InP (Science and Encyclopedia Publishers, Vilnius, 1994)
 
[6] J.H. Zhao et al., Semicond. Sci. Technol. 15, 1093–1100 (2000),
http://dx.doi.org/10.1088/0268-1242/15/11/314