GaAs/AlGaAs nanoheterostructures: simulation and application on high mobility transistors

Nanoheteroestructuras de GaAs/AlGaAs. Simulación y aplicación en transistores de alta movilidad

En este trabajo se analizan las características de la heteroestructura de GaAs/AlGaAs haciendo énfasis en las propiedades de la unión de ambos semiconductores. Cuando se unen dos materiales, con diferentes anchos en las bandas prohibidas, ocurre un confinamiento de portadores que se les puede describir como un gas de electrones bidimensional.

DESSIS (Device Simulation for Smart Integrated Systems) es un programa de simulación que mediante modelos físicos y métodos numéricos robustos permite la simulación de dispositivos semiconductores y de heteroestructuras compuestas por elementos de los grupos III-V de la tabla periódica. Los resultados para diferentes dopajes y voltajes aplicados en la heteroestructura son presentados en este trabajo.

Los transistores de alta movilidad (HEMT, High Electron Mobility Transistor) son una de las aplicaciones más importantes de las propiedades de las heteroestructuras, con frecuencias de trabajo en el rango de 30 a 300 GHz. La simulación de un ejemplo de estos transistores es presentada en este trabajo, lográndose una densidad de corriente máxima en el canal de 1 A/mm² comparable con resultados reportados para transistores similares.

Introducción

El término nanotecnología es usado ampliamente cuando se habla de materiales y dispositivos electrónicos, fotónicos, magnéticos, biológicos o moleculares. Sin embargo, es oportuno aclarar que el término es válido cuando la estructura principal de los elementos anteriores presenta longitudes críticas que están en la escala nanométrica, siendo posible manipularlos ingenierilmente con la misma precisión (Beamont, 1994). Esta última aclaración hay que tenerla muy en cuenta para el diseño y fabricación de nanosistemas heterogéneos con una alta integración y funcionalidad. En el ciclo de fabricación de cualquier dispositivo nanométrico, ocupa un lugar importante la simulación física del dispositivo con la ayuda de programas potentes. En este trabajo se utiliza DESSIS (Device Simulation for Smart Integrated Systems), que es un simulador multidimensional de dispositivos semiconductores utilizando modelos físicos avanzados y métodos numéricos robustos.

De igual forma, DESSIS soporta la simulación de dispositivos homoestructurados y heteroestructurados compuestos por elementos de los grupos III-V de la tabla periódica. Esta última potencialidad es la utilizada para simular el comportamiento de la heteroestructura formada por arseniuro de galio (GaAs) con arseniuro de galio-aluminio (AlGaAs) y su aplicación en los transistores de alta movilidad (HEMT, High Electron Mobility Transistor).

Los HEMT también se conocen como HFET (Heterostructure Field Effect Trasistor) o MODFET (Modulation-doped FET), transistores de efecto de campo que tienen como canal de conducción, en vez de una región dopada, como en el caso de los MOSFET, una unión entre dos materiales con bandas prohibidas diferentes; esta unión se conoce como heterounión o heterojuntura.