Orientador: Jacobus W. Awart

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin

Resumo: Neste trabalho apresentamos um estudo inicial sobre os mecanismos de transporte de corrente envolvidos em uma heterojunção. Vemos que os mecanismos de deriva e difusão não são suficientes para descrever seu comportamento elétrico ( devido a um spike na banda de condução, no caso de...

Resumo: Neste trabalho apresentamos um estudo inicial sobre os mecanismos de transporte de corrente envolvidos em uma heterojunção. Vemos que os mecanismos de deriva e difusão não são suficientes para descrever seu comportamento elétrico ( devido a um spike na banda de condução, no caso de transistor Npn), sendo introduzido o mecanismo de Emissão-Termiônica. Considerando este novo mecanismo modelos EBERS-MOLL e GUMMEL-POON são obtidos para descrever este transistor. Destes modelos, considerando um transistor de uma única heterojunção abrupta na junção de base-emissor, obtemos as equações das correntes de base e de coletor na região onde os efeitos de resistências parasitárias e térmicos são desprezados. Nestas condições mostramos a equivalência entre os dois modelos e consideramos somente o modelo EBERS-MOLL. Comparando os resultados práticos com os teóricos, vemos correntes de coletor calculadas muito menores que os valores medidos. Isto se deve ao fato de não levarmos em conta o tunelamento de cargas através do spike. O efeito do tunelamento é aumentar o valor da corrente e saturação (IS) e o fator de idealidade (nF). Assim conseguimos uma boa concordância entre o modelo teórico e as curvas experimentais. Para altos valores de tensão entre base-emissor, o tunelamento desvia o modelo das curvas experimentais.
Tendo o modelo, partimos para a obtenção dos parâmetros necessários a sua descrição Avaliamos e implementamos um conjunto de técnicas de medidas e extração de parâmetros ( rE, rC , IS, nF, ISE, nE, ISC, nC, bF e bR). Derivamos também o modelo de pequenos sinais a partir do modelo DC e estudamos uma metodologia de extração deste modelo a partir de medidas de parâmetros S do dispositivo. A extração não foi possível devido aos altos efeitos parasitários decorrente das estruturas de testes de microondas. Nos apresentamos soluções para reduzir estes efeitos.
Realizamos medidas e comparamos três tipos diferentes de dispositivos: transistores bipolares de homojunção , transistores bipolares de heterojunção de AlGaAs/GaAs e transistores bipolares de heterojunção de InP /InGaAs. Nos transistores de AlGaAs/GaAs que medimos vemos uma ausência da região onde a relação entre a corrente de coletor e de base é constante, devido a alta taxa de recombinação lateral. Já nos transistores de InP /InGaAs que medimos esta região existe, mas é devido a alta taxa de recombinação na região neutra de base

Abstract: A study about current transport mechanism through a heterojunction is presented. Drift and diffusion mechanism are not enough to describe the electrical current (due to a spike in the conduction band of the Npn transistor). This has led to the introduction of the Thermionic-Emission...

Abstract: A study about current transport mechanism through a heterojunction is presented. Drift and diffusion mechanism are not enough to describe the electrical current (due to a spike in the conduction band of the Npn transistor). This has led to the introduction of the Thermionic-Emission mechanism. The Ebers-Moll and Gummel-Poon models are also compatible with this last mechanism. The equations of the base and collector currents for a transistor with a single heterojunction are developed, considering that parasitic resistances and thermal effects are negligible. It is shown that both models, Ebers-Moll and Gummel-Poon, are equivalent. Based on this, the Ebers-Moll model was selected. By comparing the calculated currents with the experimental ones, it is I shown that the calculated ones are much smaller. This is proposed to be I attributed to the tunneling through the spike. The effect of tunneling is to increase the parameters of saturation current (IS) and ideality factor (nF). A good , fit between experiment and model is obtained by this way. For high base-emitter bias values, however, the model deviates from the experimental curve.
A set of DC measurement techniques was implemented and parameter extraction procedures were implemented and analyzed. A small signal model was derived from the DC model and a methodology for extracting the parameters of the model from the S parameters of the devices is presented. The actual extraction of the AC parameters of the devices was not possible due to high parasitic effects associated to the layout of the pads. Corrections for the problem are presented. '
Three different types of devices were measured and compared: homojunction bipolar transistors, HBTs of AIGaAs/GaAs and HBTs of InP/lnGaAs. For the AIGaAs/GaAs devices, no bias range with constant relation between base and collector currents was obtained, due to a high lateral recombination current. On the other hand, for the InP/lnGaAs devices, a constant relation between base and collector current was obtained, in this case attributed to a high recombination current in the neutral base region