В настоящее время арсенид галлия используется как основной и базовый материал для разработки приборов микро- и наноэлектроники. Материал обладает большой шириной запрещенной зоны 1,428 эВ, высокой подвижностью носителей заряда - электронов 8500 см2/(В-с), дырок 400 см2/(В-с). Легирование примесями позволяет управлять параметрами данного материала. Полупроводниковые структуры на основе арсенида галлия активно используются для создания широкого спектра приборов и устройств функциональной электроники: элементов и преобразователей силовой импульсной электроники, фотоприёмников, квантовочувствительных детекторов ионизирующих излучений, матричных приёмников изображения в рентгеновских и гамма-лучах и др. Диоды на основе арсенида галлия нашли применение в современных импульсных приборах ввиду своего сверхбыстрого переключения из высокоомного в низкоомное состояние. Данные уникальные структуры используются в качестве сильноточных электронных ключей в схемах питания полупроводниковых лазерных диодов. Эти схемы используются в устройствах дальнометрии, где требуются мощные импульсы минимальной длительности. Оптимизация параметров структур и повышение напряжения переключения в статическом режиме работы позволит получить импульсы большей мощности за меньшее время. Использование программ приборнотехнологического моделирования дает возможность исследовать параметры и характеристики структур, не прибегая к дорогостоящим экспериментальным исследованиям.
В связи с вышесказанным была сформулирована цель научноисследовательской работы следующим образом: оптимизация параметров структур для лавинных S-диодов путем моделирования ВАХ.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. изучение литературы по теме исследования;
2. моделирование полупроводниковых структур средствами TCAD Sentaurus;
3. расчет статистических ВАХ структур с различными толщинами активной области и уровнем легирования;
4. анализ полученных экспериментальных результатов и выбор структуры с наилучшими параметрами.
В ходе работы изучены основы моделирования полупроводниковых структур средствами TCAD Sentaurus. Проведено моделирование п+-л-у-п-структур на основе арсенида галлия с различными концентрациями глубокого акцептора Fe и толщинами активной области, рассчитаны распределение напряженности поля и обратная ветвь вольт-амперной характеристики для данных структур. Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы:
1. Среди всех исследуемых структур наибольшее значение напряжения пробоя
получено при концентрации железа NFe = 6 1015 см-3. Для толщины активной
области da = 20 мкм напряжение пробоя составило ипр = 214 В, для структур с толщиной da = 30 мкм - Сир = 301 В.
2. В структуре GaAs:Fe с концентрацией глубоких центров NFe = 1х1016 см-3 уменьшение толщины активной области с 30 мкм до 10 мкм приводит к увеличению напряжения пробоя на 15 В.
3. На вольт-амперной характеристике структуры GaAs:Fe с концентрацией
глубоких центров центров NFe = 1х1016 см-3 при подаче напряжения,
превышающего напряжение пробоя, не формируется S-участок,
характеризующий переключение в проводящее состояние. В данной области смещений наблюдается дальнейшее увеличение напряжения, что может быть связано с захватом дырок в п-области на отрицательно заряженные глубокие уровни железа и расширением ОПЗ.
4. В структуре с концентрацией глубоких центров NFe = 2Х1016 см-3 наблюдается наименьшее напряжение пробоя, равное 67 В. При этом изменение толщины активной области в диапазоне от 10 до 30 мкм не влияет на напряжение пробоя.
