Struttura Epi MOSFET InGaAs *S

Si prevede che i materiali semiconduttori composti III-V presentino miglioramenti significativi rispetto al Si, al germanio e ad altri semiconduttori elementari grazie alla loro struttura a bande elettroniche e alle proprietà dei materiali, come una maggiore mobilità degli elettroni. Le proprietà del materiale InGaAs sono comprese tra GaAs e InAs, a seconda del rapporto tra Ga e In. I ricercatori hanno scoperto che le eterostrutture III-V sono diventate il materiale più importante per i FET a canale N grazie alla loro maggiore mobilità. Molti ricercatori stanno lavorando sull’utilizzo di InGaAs e altriSemiconduttori composti III-V as high mobility channel materials in silicon-based FETs for mainstream complementary MOS technologies. PAM-XIAMEN can epitaxially grow quantum-well (QW) InGaAs MOSFET (metal oxide semiconductor field-effect transistor) wafers, and the specific structure is as follows for reference only：

1. Epi-struttura MOSFET InGaAs

2. Ruolodell'InPEtchingSsuperioreLayerin MOSFET Quantum-Well InGaAs

Grazie al buon offset della banda di conduzione, InP è un eccellente strato di barriera e passivazione che migliora la capacità di pilotaggio di corrente di questi dispositivi, in particolare per i MOSFET QW In0.7Ga0.3As.

Inoltre, lo strato barriera InP separa il mezzo dal canale InGaAs. A causa della barriera potenziale più elevata di InP rispetto a InGaAs, un gran numero di elettroni può accumularsi sulle superfici di InP e InGaAs. Rispetto ai canali di superficie, può ridurre l'influenza dei meccanismi di diffusione come la diffusione della rugosità superficiale e la diffusione dei fononi dei portatori di canale sulla mobilità del canale.

3. Perché selezionare InGaAs come materiale di canale per MOSFET?

In primo luogo, grazie alla sua maggiore mobilità, alla buona interfaccia di ossido e al basso bandgap di energia, InGaAs è un materiale semiconduttore emergente. Utilizzando InGaAs e dielettrico ad alto K nella banda, è possibile ottenere ordini di banda più ampi, rendendo più semplice ottenere basse perdite di gate e un basso consumo di energia statica. Allo stato attuale, la mobilità effettiva del canale di InGaAs come dispositivo MOSHEMT di canale può superare 5000 cm2/(V · s), ovvero 8 volte quella dei dispositivi MOSFET di silicio, e il tempo di ritardo intrinseco dei dispositivi MOSFET di canale InGaAs è inferiore a quello di dispositivi al silicio.

In secondo luogo, la forte variazione del potenziale della superficie di inversione del canale InGaAs è molto inferiore a quella del canale GaAs. Ancora più importante, il livello di energia di carica neutra di In0.65Ga0.35As è tipicamente inferiore di 0,15 eV rispetto al valore minimo della banda di conduzione. Ciò può impedire l'accumulo di una grande quantità di cariche di cattura negative sull'interfaccia, che possono sopprimere l'introduzione di ulteriori portatori di controcorrente a causa degli effetti di campo.

Inoltre, gli studi hanno dimostrato che maggiore è la composizione In, minore è la tensione di soglia dei dispositivi MOSFET. Questo perché la costante dielettrica degli stessi materiali InGaAs ad alto contenuto di In è superiore a quella dei materiali InGaAs a basso contenuto di indio (In), risultando in una tensione di soglia inferiore per i MOSFET a canale InGaAs ad alto contenuto di In rispetto ai MOSFET a canale InGaAs a basso contenuto di In. Vale a dire, i MOSFET InGaAs a basso contenuto sono più adatti per realizzare dispositivi avanzati.

I MOSFET InGaAs a canale N con piccolo gap di banda sono diventati molto popolari grazie alla loro abbondante disponibilità e alle elevate prestazioni nei circuiti logici digitali e RF per piccoli segnali. Grazie ai vantaggi dell'elevata mobilità degli elettroni, del basso gap di banda e della velocità di iniezione superiore dei MOSFET InGaAs, questi transistor sono diventati candidati idonei per VLSI, circuiti digitali e applicazioni ad alta velocità.

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