Влияние Высоты Барьера Затвор-Канал На Характеристики Детектирования Полевого Транзистора В Сверхвысокочастотном И Терагерцовом Диапазонах

Abstract

Теоретически исследованы детектирующие свойства полевого транзистора с пониженной высотой барьера Шоттки затвора. Рассмотрены различные схемы детектора. Найдены распределения напряжения и тока вдоль канала, входной импеданс транзистора, чувствительность и мощность эквивалентная шуму (NEP). Проанализировано влияние высоты барьера Шоттки затвора на перечисленные характеристики. DOI: 10.21883/JTF.2017.05.44449.1821 Введение В качестве чувствительного элемента неохлаждаемых детекторов сверхвысокочастотного (СВЧ) и терагер-цового (ТГц) диапазонов используются ячейка Голея, пироэлектрический элемент, болометр, диод с барьером Шоттки, полевой транзистор и др.[1] Последнее двадца-тилетие ознаменовалось успехами в создании детекторов на основе полевых транзисторов, способных принимать сигнал в ТГц диапазоне [2-9]. Первый такой детектор был создан на базе транзистора с высокой подвижностью электронов (high electron mobility transistor, HEMT) и принимал сигнал на частоте 2.5 THz [2]. Вслед за ис-следованиями транзисторов на основе соединений III и V групп (GaAs/AlGaAs, GaInAs/AlGaAs, GaN/GaAlGaN и др.) [2-5] была продемонстрирована возможность де-тектирования на кремниевом транзисторе [6,7]. Хорошо развитая кремниевая технология позволяет интегриро-вать большое число транзисторов на единой пластине, делая возможным создание матричных приемников [8,9].Теоретическое описание процесса детектирования по-левого транзистора в СВЧ и ТГц диапазонах можно найти в работах [10][11][12][13][14][15]. На низких частотах, когда емкостной ток через переход затвор−канал пренебрежи-мо мал, можно пользоваться статическими уравнениями транзистора [10]. В ТГц диапазоне емкостной ток, как правило, сравним с током в канале, и его нужно учиты-вать. В этом случае удобно представлять транзистор в виде двухпроводной линии электропередачи, где одним проводником является затвор, а вторым -канал [13]. На частотах выше частоты релаксации импульса свобод-ных носителей заряда возможно резонансное детекти-рование, при этом движение носителей заряда в канале описывается уравнением Эйлера [11,12].Как правило, в полевых транзисторах ток проводи-мости через переход затвор−канал пренебрежимо мал. В случае контакта металл−полупроводник это экви-валентно большой высоте барьера Шоттки ( ∼ 1 eV). В настоящей работе исследуются линейные и детекти-рующие свойства полевого транзистора с пониженной высотой барьера ( ∼ 0.1−0.3 eV). Снижение высоты барьера приводит к тому, что активная составляющая проводимости перехода затвор−канал становится срав-нимой с емкостной составляющей, а также с проводи-мостью канала, что вызывает качественные изменения свойств транзистора. Снижение высоты барьера возмож-но разными способами. Например, за счет выращива-ния на границе металл−полупроводник тонкого слоя кремния [16] или за счет изотипного δ-легирования полупроводника вблизи границы с металлом [17].