Исследование и разработка моделей быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат наук Аль-Саман Амгад Али Хасан

• Аль-Саман Амгад Али Хасан
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Аль-Саман Амгад Али Хасан

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ современных методов построения и моделирования

быстродействующих микроэлектронных коммутаторов

Глава 2. Квазидвумерные дрейфовая и диффузионно-дрейфовая модели быстродействующих интегральных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных квантовых областях

2.1. Принцип построения и структуры быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных квантовых областях

2.2. Основные подходы к моделированию быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных квантовых областях

2.3. Эквивалентная схема быстродействующего микроэлектронного коммутатора с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных квантовых областях

2.4. Дрейфовая квазидвумерная модель быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях

2.5. Вольт-фарадные характеристики быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях

2.6. Квазидвумерная диффузионно-дрейфовая модель быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях

Выводы к главе

99

Глава 3. Гидродинамическая модель быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных квантовых областях

3.1. Гидродинамическая модель продольного транспорта электронов в быстродействующих микроэлектронных коммутаторах

3.2. Гидродинамическая модель продольного транспорта в быстродействующих микроэлектронных коммутаторах с учетом влияния размерного квантования и дырочного тока

Выводы к главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕМТ-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДРЕЙФОВОГО

ПРИБЛИЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕМТ-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДИФФУЗИОННО-

ДРЕЙФОВОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ В. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕМТ-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ГЕДРОДИНАМИЧЕСКОГО

ПРИБЛИЖЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ Г. ВАХ InAlAs/InGaAs НЕМТ-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ ДЛИНОЙ 100 НАНОМЕТРОВ С УЧЕТОМ И БЕЗ УЧЕТА ГРАДИЕНТА ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛИЯНИЯ МЕЖДОЛИННОГО

ПЕРЕБРОСА

ПРИЛОЖЕНИЕ Д. КОПИИ АКТОВ О ВНЕДРЕНИИ РЕЗУЛЬТАТОВ ДИССЕРТАЦИИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка моделей быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе туннельно-связанных квантовых областей»

ВВЕДЕНИЕ

В последние десятилетия интерес к системам связи на мировом рынке в значительной степени возрос. Постоянно повышаются требования к параметрам системы связи, таким как быстродействие, объем передаваемых данных, массогабаритные характеристики, безопасность, себестоимость и др. [1-3]. Соответствие данным требованиям приводит к необходимости усложнения систем с целью повышения их адаптивности, управляемости, устойчивости, что, в свою очередь, требует дополнительного повышения быстродействия и эффективности использования частотного диапазона, уменьшения габаритных размеров [2, 4-6].

В фазированных антенных решетках, являющихся одними из основных составных частей комплексных систем связи, оказывается, что условием адекватной и достаточно «быстрое» регулировки амплитуд, фаз и селекций выходных сигналов является использование быстродействующих микроэлектронных элементов [6, 7]. Одними из них являются быстродействующие микроэлектронные коммутаторы, которые в значительной степени определяют быстродействие системы в целом.

Повышение быстродействия коммутаторов методами оптимизации схем практически достигло своего предела [8]. Более того, методы схемной оптимизации не предлагают эффективное решение проблем, связанных с миниатюризацией устройств. В силу бурного развития в области миро- и наноэлектроники наряду с наличием достаточно развитой технологической базы стало возможным уменьшение характеристических размеров микроэлектронных элементов, что позволяет соответствующим образом повысить их быстродействие и энергию переключения [8-15]. Таким образом, задача улучшения входных и выходных характеристик активных микроэлектронных элементов является актуальной и технологически возможной. Подтверждением этого является большое число публикаций, посвященных разработке и

внедрению новых микроэлектронных элементов с различными физическими и технологическими параметрами. Тем не менее, анализ появившихся микроэлектронных элементов показывает, что поиск компромисса между разными факторами, такими как, быстродействие, габаритные размеры, потребляемая мощность и диапазон рабочих напряжений, во многих случаях является сложной проблемой.

Например, коммутаторы на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС) обеспечивают высокое отношение потерь в разомкнутом и замкнутом состоянии, высокий уровень переключаемой мощности (до 10 Вт) и достаточно малые габаритные размеры, однако, они явно проигрывают микроэлектронным полупроводниковым элементам по быстродействию [14-17]. Важно отметить, что из-за сравнительно низкого быстродействия МЭМС коммутаторов, в системах связи предпочтительнее использование полупроводниковых микроэлектронных компонентов, таких как, разновидности HEMT-транзисторов (High Electronic Mobility transistor), полевые транзисторы с затвором Шоттки, VMT-транзисторы (Velocity Modulation Transistor), p-i-n диоды, резонансно-туннельные диоды.

Несмотря на высокое быстродействие упомянутых выше элементов, существуют немаловажные и определяющие факторы, которым необходимо уделить значительное внимание. К ним относятся потребляемая мощность, степень интеграции, предельная частота, область рабочих температур и различные физические явления, связанные с большим уровнем входного сигнала и размерным квантованием [18]. Данное обстоятельство свидетельствует о необходимости иметь достаточно адекватные средства анализа и оптимизации данных структур, обеспечивающих более эффективные решения упомянутой выше проблемы компромисса. Вследствие этого, отыскание подходящих методов анализа и оптимизации полупроводниковых микроэлектронных элементов представляет большой интерес.

Традиционно задача анализа микро- и наноэлектронных структур сводится к их моделированию, что может быть выполнено с использованием

разных подходов в зависимости от стоящих перед нами задач. Именно выбор подхода, главным образом, определяет эффективность решения задача анализа, то есть моделирования того или иного микроэлектронного элемента.

В настоящее время существуют две основных групп моделей полупроводниковых микроэлектронных интегральных элементов, получивших большую популярность в научном сообществе: физические и формальные [1923]. С одной стороны, физические моделей, в частности, двумерные и трехмерные физико-топологические модели являются наиболее точным по сравнению с другими, в тоже время более громоздким и трудоемким с точки зрения требуемых вычислительных ресурсов и времени. В связи с этим, несмотря на высокую точность, он во многих случаях не подходит для решения задач синтеза и оптимизации микроэлектронных компонентов.

С другой стороны, формальные модели, в частности, традиционные схемотехнические модели показали себя как самые «быстрые» среди существующих моделей (под быстрыми моделями здесь понимается модели, характеризуемые малыми вычислительными и временными затратами). При этом для них характерны некоторые недостатки, в частности, большое число подгоночных параметров и формальный подход к описанию основных протекающих в структуре физических процессов [24-27]. Данные недостатки ограничивают применимость схемотехнических моделей для совершенствования основных временных и энергетических параметров микроэлектронных элементов.

В последнее время проводятся масштабные исследования в области анализа быстродействующих микроэлектронных активных элементов с использованием упрощенных физических моделей, среди которых широкое распространение получили физические модели на основе расчета поверхностного потенциала (Surface-Potential-based Models) [28-32]. Разработчикам данных моделей удалось установить связь между некоторыми физическими процессами элементов и параметрами моделей, значительно повысить их производительность. Однако, в этих моделях не рассматривались

такие важные процессы, как междолинные переходы электронов, изменение электронной температуры и зависимость подвижности от напряженности поля. Вместе с использованием многих подгоночных параметров не имеющих какого-либо физического смысла (в некоторых моделях количество данных параметров превышает 10), эти модели предусматривают описание линейного режима и режима насыщения транзисторной структуры различными уравнениями с объединением результирующих характеристик с помощью сглаживающих функций.

Таким образом, актуальной задачей является разработка моделей микроэлектронных коммутаторов, методов и средств моделирования, обеспечивающих, с одной стороны, возможность адекватного описания физических процессов, протекающих в моделируемой структуре, с минимальным числом подгоночных параметров, характерных для физико-топологических моделей, а с другой - достаточно высокую производительность, характерную для схемотехнических моделей.

Целью диссертационной работы является: теоретическое исследование и разработка моделей и методики моделирования быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе наногетероструктур с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных туннельным барьером квантовых ямах.

Для достижения данной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

— анализ современных методов построения и моделирования быстродействующих микроэлектронных коммутаторов;

— разработка квазидвухмерных моделей быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных туннельным барьером квантовых ямах на базе дрейфового и диффузионно-дрейфового приближений, обеспечивающих адекватное описание основных физических процессов и высокую производительность. Модели учитывают

неравномерное распределение потенциала в связанных квантовых ямах коммутатора и его влияние на электронную температуру, подвижность электронов и скорость дрейфа;

— разработка квазидвухмерной модели быстродействующего микроэлектронного коммутатора на базе гидродинамического приближения, учитывающей всплеск дрейфовой скорости электронов и размерное квантование;

— исследование статических и динамических характеристик быстродействующих микроэлектронных коммутаторов и сравнительный анализ результатов моделирования с экспериментальными данными;

— исследование применимости моделей для анализа и совершенствования современных транзисторов на основе гетероструктурных соединений.

Научная новизна диссертационной работы определяется поставленными

задачами, разработанными моделями, полученными результатами и состоит в

следующем:

— разработаны дрейфовая и диффузионно-дрейфовая квазидвумерные модели быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе вертикально интегрированных туннельно-связанных квантовых ям, описывающие продольный и поперечный транспорт электронов в связанных квантовых ямах с учетом размерного квантования энергии и туннельного эффекта, неравномерности пространственных распределений электрического поля, электронной температуры, подвижности электронов, позволяющие рассчитывать крутые и пологие области вольт-амперных характеристик одним уравнением без использования сглаживающих функций, и при этом характеризующиеся низкой вычислительной сложностью при численной реализации по сравнению с двух- и трехмерными физико-топологическими моделями;

— разработана гидродинамическая квазидвумерная модель быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе вертикально интегрированных туннельно-связанных квантовых ям,

описывающая продольный и поперечный транспорт электронов в связанных квантовых ямах с учетом размерного квантования энергии и туннельного эффекта, учитывающая явления всплеска дрейфовой скорости электронов и баллистического пролета посредством анализа пространственных распределений потенциала, плотности, подвижности, скорости и энергии носителей заряда, и при этом обеспечивающая снижение вычислительной сложности процесса моделирования по сравнению с двух- и трехмерными физико-топологическими моделями; — предложена модель для оценки времени переключения микроэлектронного коммутатора с туннельно-связанными квантовыми ямами, учитывающая инерционность поперечного транспорта электронов и их туннелирования в туннельно-связанных квантовых ямах.

Практическая значимость результатов, полученных в диссертации, связана с разработкой на основе предложенных моделей методик и программных средств моделирования быстродействующих микроэлектронных коммутаторов с контролируемым пространственным перераспределением плотности электронов в связанных туннельным барьером квантовых областях в рамках диффузионно-дрейфового и гидродинамического приближений. По сравнению с программами численной реализации двух- и трехмерных физико-топологических моделей, разработанные программные средства квазидвумерного моделирования характеризуются значительно меньшими временными затратами на решение задач и не требуют столь значительных вычислительных ресурсов, так как предложенная модель позволяет снизить размерность задачи. В то же время сохраняется требуемая адекватность, что подтверждено сравнением полученных результатов моделирования как с экспериментальными данными, так и с результатами численного решения уравнений Шредингера и Пуассона.

Разработанные модели, методики и программные средства моделирования предназначены для анализа статических и динамических характеристик микроэлектронных коммутаторов с контролируемом пространственном

перераспределением плотности электронов в связанных туннельным барьером квантовых областях, а также могут использоваться для моделирования селективно легированных полевых гетеротранзисторов с высокой подвижностью электронов (HEMT), транзисторов с модуляцией скорости электронов (Velocity Modulation Transistors - VMT).

Положения, выносимые на защиту:

— квазидвумерная модель быстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе дрейфового и диффузионно-дрейфового приближений с учетом неравномерности пространственного распределения потенциала и его влияния на температуру электронов, подвижность и дрейфовую скорость;

— квазидвумерная модель сверхбыстродействующих микроэлектронных коммутаторов на основе гидродинамического приближения с учетом эффекта всплеска дрейфовой скорости и баллистического пролета электронов в квантовых ямах;

— эквивалентная схема микроэлектронных коммутаторов, учитывающая процессы туннелирования электронов между квантовыми ямами.

Достоверность полученных результатов диссертации

Достоверность результатов проведенных исследований подтверждается использованием строгого математического аппарата, а также согласованностью результатов моделирования как с экспериментальными данными, так и с результатами, полученными с использованием более точных и ресурсоемких моделей, в частности, с использованием уравнений Шредингера и Пуассона. Математические модели базируются на строго доказанных выводах в области физики полупроводников.

Внедрение основных результатов диссертации

Результаты диссертационной работы использованы при выполнении исследований и разработок ООО «Центр нанотехнологий» (г. Таганрог), при выполнении работ в рамках гранта РФФИ № 16-07-00018 «Основы построения интегральных коммутаторов с субпикосекундным временем переключения на

основе массивов связанных квантовых областей», а также используются в учебном процессе кафедры конструирования электронных средств (КЭС) института нанотехнологий, электроники и приборостроения (ИНЭП) Южного федерального университета (ЮФУ).

Апробация диссертационной работы

Материалы диссертации обсуждались на научных мероприятиях, в частности: Международная конференция молодых ученых стран БРИКС «Сотрудничество стран БРИКС для устойчивого развития» (Россия, г. Ростов-на-Дону, 2015 г.), Международная конференция «Физика и механика новых материалов и их применения» «Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications» (Busan, South Korea, PHENMA 2018), Международная конференция «Микро- и наноэлектроника - 2018» (Moscow - Zvenigorod, Russia, 2018 г.). Также материалы диссертации обсуждались на научных семинарах кафедры конструирования электронных средств института нанотехнологий, электроники и приборостроения Южного федерального университета.

Основные публикации

По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, из них 5 статей в журналах, входящих в перечень ВАК, 3 работы в сборниках трудов конференций, 2 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников из 142 наименований и приложений. Общий объем диссертации составляет 181 страницу, включая 78 рисунков, 211 формул, 8 таблиц и 5 приложений.

Глава 1. Анализ современных методов построения и моделирования быстродействующих микроэлектронных коммутаторов

На пути развития радиоэлектронных систем связи основными актуальными её задачами являлись задачи повышения быстродействия, объема передаваемых данных, обеспечения компактности и снижения энергопотребления радиоэлектронных систем [4]. Постоянное повышение требований, в большинстве случаев предъявляемых к противоречивым параметрам систем связи, таким как быстродействие, информационная емкость и массогабаритные характеристики, свидетельствует о необходимости решения проблем, связанных с разработкой новых элементов электронной базы и их оптимизации [1, 33, 34].

Анализ методов построения и оптимизации радиотехнических систем показывает, что именно технологические и физические параметры микроэлектронных элементов в многом определяют параметры системы в целом. Выясним данное взаимовлияние на примерах использования микроэлектронных коммутаторов.

Во многих системах оказывается необходимым включать и выключать в процессе функционирования отдельные функциональные узлы, например, переключать режимы передачи и приема [2, 35].

В фазированных антенных решетках, являющихся одними из основных составных частей комплексных радиотехнических систем связи, необходимо осуществлять регулировку амплитуд, фаз и селекций выходных сигналов [3]. В настоящее время широко используются два метода регулировки амплитуд выходных сигналов:

- с помощью перестраиваемых усилителей мощности, использующих контрольные цепи для осуществления регулировки [36-38];

- с помощью аттенюаторов, которые могут быть переключаемыми или распределёнными [39].

Первый из перечисленных методов имеет ряд недостатков. К ним относятся: нелинейность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ), узкий динамический диапазон и значительная фазовая ошибка в рабочем диапазоне частот [36-38].

Второй метод обеспечивает высокую линейность и более широкий динамический диапазон при сравнительно малых габаритных размерах аттенюаторов [39]. Управление фазой в таких системах осуществляется с помощью фазовращателей, наиболее распространенными из которых являются фазовращатели на основе коммутируемых линий [40].

Одной из наиболее важных задач, решаемых при разработке систем связи, является задача фильтрации входных и выходных сигналов, в определенной степени определяющая чувствительность системы и ее устойчивость. Для систем с многоканальными рабочими диапазонами частот или систем с перестройкой частоты, где необходима качественная изоляция между фильтрующими элементами, переключаемые или электронно-перестраиваемые фильтры являются наиболее эффективными и надежными [5, 41].

Основными компонентами всех перечисленных выше функциональных узлов систем связи являются коммутаторы, от параметров которых в значительной степени зависят основные характеристики как самих узлов, так и систем в целом.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что коммутаторы в настоящее время являются важными и неотъемлемыми частями комплексных систем связи самого различного назначения. От параметров коммутаторов во многом зависят быстродействие и степень интеграции системы, что подчёркивает их важность и необходимость дальнейшего совершенствования их параметров (размеров, степени изоляции между каналами, вносимых потерь, уровня коммутируемой мощности, числа коммутируемых каналов, энергопотребления) и, в частности, одного из основных - быстродействия, определяемого временем переключения.

Существуют различные виды коммутирующих устройств [6], для которых применяются соответствующие методы оптимизации их основных параметров. Тем не менее, можно выделить две основные категории методов:

- методы оптимизации схемных решений;

- методы повышения характеристик активных элементов.

До недавнего времени наиболее значительные усилия были направлены на совершенствование известных схемных решений и разработку новых. Данные усилия касались в основном коммутирующих устройств, технологически реализованных в виде гибридных интегральных схем (ГИС). С учетом недостатков (неприемлемые размеры, большие управляющие токи и др.), присущих ГИС, не удалось значительно повысить характеристики коммутаторов [42]. Более того, учитывая значительное развитие в области микро- и наноэлектроники, появилась возможность реализовать такие устройства в виде полупроводниковых или так называемых монолитных интегральных схем (МИС), обладающих неоспоримыми достоинствами перед ГИС:

- низкая потребляемая мощность;

- высокая скорость переключения;

- малые вносимые потери;

- возможность создавать «системы-на-кристалле».

Однако возможности повышения характеристик таких коммутаторов, в частности, их быстродействия, посредством оптимизации схем весьма ограничены. Поэтому в настоящее время, с учетом последних значительных достижений в различных областях микро- и нанотехнологий, разработка новых, более эффективных подходов к повышению основных параметров и характеристик микроэлектронных коммутаторов за счет совершенствования методов построения и структур входящих в состав коммутаторов активных элементов является актуальной и важной проблемой [7, 43-47]. Это подтверждается большим количеством публикаций, посвященных разработке и внедрению новых микроэлектронных элементов с отличающимися физическими и технологическими параметрами.

Коммутационные схемы могут быть реализованы с использованием различных активных элементов [7, 43-47]:

- микромеханических переключателей микроэлектромеханических систем (МЭМС);

- p-i-n-диодов;

- полевых транзисторов с управляющими переходами Шоттки (ПТШ);

- комплементарных транзисторов со структурой «металл-окисел-полупроводник» (КМОП);

- полевых гетеропереходных транзисторов с высокой подвижностью электронов (High Electron Mobility Transistor - HEMT) и др.

Одними из перспективных разновидностей коммутаторов являются коммутаторы на основе микроэлектромеханических систем (МЭМС коммутаторы), обладающие уникальными свойствами. МЭМС коммутаторы обладают несколькими преимуществами, такими как высокое отношении потерь в разомкнутом и замкнутом состоянии, практически нулевое потребление мощности в замкнутом состоянии и высокий уровень переключаемой мощности (до 10 Вт) [48, 49]. Однако данные коммутаторы имеют и недостатки: низкое быстродействие (в лучшем случае порядка 10 мкс), большие габариты, сравнительно небольшой срок службы, составляющий порядка 1010 циклов [16], а также высокий уровень переключающего напряжение от 8 до 80 В. К недостаткам также относится необходимость, в ряде случаев, в вакуумном корпусировании данных коммутаторов, что создает технологические трудности при массовом производстве [16]. МЭМС коммутаторы отличаются как по механизму управления мембраны (электростатическим, электромагнитным, пьезоэлектрическим и термическим полями), так и по типу контакта - с омическим или емкостным контактами [50].

Примером МЭМС коммутатора резистивного типа может служить СВЧ МЭМС коммутатор в последовательном исполнении, конструкция которого представлена на рисунке 1.1 [51]. Именно такое исполнение необходимое для формирования пятна контакта и повышения контактного усилия. Данная

конструктивная особенность повышает срок службы резистивного коммутатора. Для работы МЭМС коммутатора такого типа с электростатическим механизмом управления необходимо подавать высокое напряжение (60 - 80) В.

Рисунок 1.1 - МЭМС коммутатор резистивного типа [51 ]

Примером МЭМС коммутатора емкостного типа может служить емкостной шунтирующий МЭМС коммутатор с напряжением срабатывания менее 6 В (рисунок 1.2) [17, 50]. Принцип работы коммутаторов с емкостным контактом заключается в изменении емкости между волноводами или волноводом и землей. При подаче напряжения между управляющими электродами и землей, емкость между землей и высокочастотным электродом резко возрастает и СВЧ сигнал переключается на землю.

Емкостные коммутаторы по данным компании Raytheon выдерживают 1011 рабочих циклов, что на порядок больше по сравнению с резистивными коммутаторами. Переключаемая мощность составляет порядка 4 Вт, время переключения 10 мкс, собственные потери 0,07 дБ при изоляции до 35 дБ.

Рисунок 1.2 - Емкостной шунтирующий МЭМС коммутатор с напряжением

срабатывания менее 6 В [50]

Анализ доступных источников литератур показывает, что наиболее быстродействующими и распространёнными на сегодняшний день среди МЭМС коммутаторов являются электростатические микроэлектромеханические коммутаторы [16, 17, 48-52]. Их быстродействие составляет примерно 10 мкс. Несмотря на низкие потери в МЭМС коммутаторах, они значительно проигрывают полупроводниковым по быстродействию.

До недавнего времени дискретные р-ьп-диоды были основными ключевыми элементами коммутационных схем, однако с развитием микро- и наноэлектроники, совершенствованием технологических процессов и с учетом вышеупомянутых недостатков ГИС [42], стал актуальным переход от дискретных р-ьп-диодов к интегральным, изготавливаемым на подложках из арсенида галлия в виде либо гомоструктур n+-GaAs/i-GaAs/p+-GaAs, либо гетероструктур AlGaAs/GaAs.

Р-ьп-диоды на основе гомоструктур n+-GaAs/i-GaAs/p+-GaAs обладают значительно меньшей удельной емкостью в закрытом состоянии по сравнению с ПТШ при сравнимом удельном сопротивлении в открытом состоянии, что обуславливает их основное преимущество - возможность эффективной работы на более высоких частотах [9]. Также для них характерны низкие уровни

входных потерь в открытом состоянии и более высокая коммутируемая мощность в широком диапазоне частот.

На рисунке 1.3 показана структура р-ьп-диода. Данные диоды изготавливаются на структуре, выращенной методом молекулярно-лучевой эпитаксии [10]. Обратное пробивное напряжение диода составляет порядка 37 В при обратном токе 10 мкА, последовательное сопротивление около 6 Ом при прямом токе 10 мА, емкость перехода 27 пФ при нулевом обратном напряжении; время жизни неосновных носителей заряда в базе диода составляет 2 нс [9]. На базе полученного авторами работы [9] диода были спроектированы коммутаторы с коммутацией входа на 2, 3, 4 и 5 каналов.

Рисунок 1.3 - Структура дискретного р-ьп-диода [9]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аль-Саман Амгад Али Хасан, 2019 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Drevon C., Monfraix P., Paillard M. [et al.] New Trends for Microwave Packaging into Space-Borne Equipment //. - 2002.

2. Chang K., Nair V., Bahl I. J. RF and microwave circuit and component design for wireless systems. /: John Wiley & Sons, Inc., 2001.

3. Аль-Саман А. А., Лебедев В. К. Проектирование амплитудно-фазового делителя мощности СВЧ в диапазоне 2-4 ГГц // Специальная техника. - 2013. №

3. - C. 19-25.

4. Charles JR H. K., Wagner G. D., Abita J. L. Microelectronics at APL: 30 Years of Service // Johns Hopkins Apl Technical Digest. - 1990. - T. 11, № 1-2. - C. 123126.

5. Аль-Саман А. А., Лебедев В. К., Червяков Г. Г. Многоканальный частотно-селективный делитель мощности СВЧ // Специальная техника. - 2015. № 4. - C. 14-20.

6. Аль-Саман А.А. Проектирование двухчастотного трехканального делителя мощности с использованием двухчастотного трансформатора // Сборник материалов конференции Международная конференция молодых ученых стран БРИКС «Сотрудничество стран БРИКС для устойчивого развития». - Ростов-на-Дону. - 2014..

7. Thomas L., Hing A., Hughes E. [et al.] GaAs MMIC broadband SPDT pin switch // Electronics Letters. - 1986. - T. 22, № 22. - C. 1183-1185.

8. Ющенко А. Ю., Айзенштат Г. И., Божков В. Г. и др. Разработка элементной базы для создания СВЧ-модулей // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2010. № 2-1 (22).

9. Юнусов И., Ющенко А., Плотникова А. и др. Монолитные интегральные схемы GaAs pin диодных коммутаторов СВЧ // Сб. докл. Всерос. конф.«Микроэлектроника СВЧ», -2012. - C. 93.

10. Baca A., C. A. Fabrication of GaAs Devices /- UK: The Institution of Engineering and Technology, 2005. - 368 с.

11. Ющенко А. Ю., Айзенштат Г. И., Монастырев Е. А. и др. СВЧ-монолитные интегральные схемы широкополосных коммутаторов и ограничителей мощности на основе гетероструктурных арсенидгаллиевых pin-диодов // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. - 2011. № 2-2 (24).

12. Айзенштат Г., Божков В., Ющенко А. и др. Гетероструктурные pin диоды // 20-я Междунар. Крымская конф.«СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»(Севастополь), 2010. - C. 169.

13. Ющенко А., Айзенштат Г., Божков В. и др.Монолитные интегральные схемы СВЧ на основе гетероструктурных GaAs pin диодов // Современная электроника. - 2011. № 7. - C. 1.

14. Гущин В., Юнусов И., Плотникова А. GaAs МИС PIN-диодных свч коммутаторов 1*2и1*3с интегрированными цепями управления // перспективы развития фундаментальных наук -, 2014. - C. 1024-1026.

15. Арыков В. С., Дедкова О. А., Кривчук А. С. и др.] GaAs СВЧ МИС двухпозиционного коммутатора в so-8 пластиковом корпусе gaas mmic spdt switch in a plastic so-8 package // электронная техника. - 2012. № 2. - С. 3-8.

16. Majumder S., Lampen J., Morrison R. [et al.] A packaged, high-lifetime ohmic MEMS RF switch // Microwave Symposium Digest, 2003 IEEE MTT-S International. - T. 3 -IEEE, 2003. - C. 1935-1938.

17. Persano A., Quaranta F., Martucci M. C. [et al.] On the electrostatic actuation of capacitive RF MEMS switches on GaAs substrate // Sensors and Actuators A: Physical. - 2015. - T. 232. - C. 202-207.

18. Palankovski V., Quay R., Selberherr S. Industrial application of heterostructure device simulation // IEEE Journal of Solid-State Circuits. - 2001. - T. 36, № 9. - C. 1365-1370.

19. Носов Ю. Р., Петросянц К. О., Шилин В. А. Математические модели элементов интегральной электроники. /: Сов. радио, 1976.

20. Абрамов И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро-и наноэлектроники. VI. Одноэлектронные структуры // Нано-и микросистемная техника. - 2007. № 7. - C. 10-24.

21. Абрамов И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро-и наноэлектроники. Часть I. Основные положения // Нано-и микросистемная техника. - 2006. № 8. - C. 34-37.

22. Абрамов И. Проблемы и принципы физики и моделирования приборных структур микро-и наноэлектроники. VII. Структуры на квантовых проволоках // Нано-и микросистемная техника. - 2009. № 8. - C. 7-23.

23. Jungel A. Quasi-hydrodynamic semiconductor equations. /: Birkhauser, 2011.

24. Абрамов И. Основы моделирования элементов микро-и наноэлектроники // Book Основы моделирования элементов микро-и наноэлектроники / EditorLAP LAMBERT Academic Publishing, Германия, 2016.

25. Jia Y., Xu Y., Zhao X. [et al.] A ultra-wideband empirical large-signal model for AlGaAs/GaAs HEMTs // Advanced Materials and Processes for RF and THz Applications (IMWS-AMP), 2016 IEEE MTT-S International Microwave Workshop Series on -IEEE, 2016. - C. 1-3.

26. Angelov I., Rorsman N., Stenarson J. [et al.] An empirical table-based FET model // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1999. - T. 47, № 12. - C. 2350-2357.

27. Crupi G., Schreurs D. M. P., Caddemi A. On the small signal modeling of advanced microwave FETs: A comparative study // International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering. - 2008. - T. 18, № 5. - C. 417-425.

28. Chen T., Gildenblat G. An extended analytical approximation for the MOSFET surface potential // Solid-state electronics. - 2005. - T. 49, № 2. - C. 267-270.

29. Khandelwal S., Goyal N., Fjeldly T. A. A physics-based analytical model for 2DEG charge density in AlGaN/GaN HEMT devices // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2011. - T. 58, № 10. - C. 3622-3625.

30. Agnihotri S., Ghosh S., Dasgupta A. [et al.] A surface potential based model for GaN HEMTs // Microelectronics and Electronics (PrimeAsia), 2013 IEEE Asia Pacific Conference on Postgraduate Research in -IEEE, 2013. - C. 175-179.

31. Khandelwal S., Yadav C., Agnihotri S. [et al.] Robust surface-potential-based compact model for GaN HEMT IC design // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2013. - T. 60, № 10. - C. 3216-3222.

32. ChengX., Wang Y. A surface-potential-based compact model for AlGaN/GaN MODFETs // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2011. - T. 58, № 2. - C. 448454.

33. Herrick K. J., Yook J. G., Katehi L. P. B. Microtechnology in the development of three-dimensional circuits // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 1998. - T. 46, № 11. - C. 1832-1844.

34. Harris M. S. MMIC design: I.D. Robertson (ed.), Institution of Electrical Engineers, London, Circuit and Systems Series, No. 7, 1995, 520 pp., £49.00 // Microelectronics Journal. - 1996. - T. 27, № 1. - C. 102-103.

35. Kim J., Ko W., Kim S.-H. [et al.] A high-performance 40-85 GHz MMIC SPDT switch using FET-integrated transmission line structure // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2003. - T. 13, № 12. - C. 505-507.

36. Bae J., Lee J., Nguyen C. A 10-67-GHz CMOS dual-function switching attenuator with improved flatness and large attenuation range // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2013. - T. 61, № 12. - C. 4118-4129.

37. Ku B.-H., Hong S. 6-bit CMOS digital attenuators with low phase variations for $ X $-band phased-array systems // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2010. - T. 58, № 7. - C. 1651-1663.

38. Zhang Y., Zhuang Y., Li Z. [et al.] A 5-bit lumped 0.18-^m CMOS step attenuator with low insertion loss and low phase distortion in 3-22GHz applications // Microelectronics Journal. - 2014. - T. 45, № 4. - C. 468-476.

39. AskariM., KaabiH., Kavian Y. S. A switched T-attenuator using 0.18 ^m CMOS optimized switches for DC-20GHz // AEU-International Journal of Electronics and Communications. - 2015. - T. 69, № 12. - C. 1760-1765.

40. П. М. П. Перспективы создания систем-на-кристалле для СВЧ и КВЧ диапазонов частот на Арсениде Галлия // Состояние и перспективы развития отечественной микроэлектроники / Перспективы создания систем-на-кристалле для СВЧ и КВЧ диапазонов частот на Арсениде Галлия - Новосибирск, 2012 - C. 214-248.

41. Аль-Саман А. А., Лебедев В. К. Двух и трёхполосные полосовые фильтры СВЧ на связанных полосковых линиях передачи // Специальная техника. - 2014. № 1. - C. 10-15.

42. Петрова Т., Ерёмина Е., Игнатьев М. и др. Монолитная интегральная схема двухпозиционного СВЧ коммутатора на GaAs // Известия Томского политехнического университета. - 2006. - T. 309, № 8.

43. Chang S.-C., Chang S.-F., Chih T.-Y. [et al.] An internally-matched highisolation CMOS SPDT switch using leakage cancellation technique // IEEE microwave and wireless components letters. - 2007. - T. 17, № 7. - C. 525-527.

44. Goldsmith C. L., Yao Z., Eshelman S. [et al.] Performance of low-loss RF MEMS capacitive switches // IEEE Microwave and guided wave letters. - 1998. - T. 8, № 8. - C. 269-271.

45. Uda H., Sawai T., Yamada T. [et al.] High-performance GaAs switch ICs fabricated using MESFETs with two kinds of pinch-off voltages // Gallium Arsenide Integrated Circuit (GaAs IC) Symposium, 1993. Technical Digest 1993., 15th Annual -IEEE, 1993. - C. 247-250.

46. Uda H., Yamada T., Sawai T. [et al.] High-performance GaAs switch IC's fabricated using MESFET's with two kinds of pinch-off voltages and a symmetrical pattern configuration // IEEE journal of solid-state circuits. - 1994. - T. 29, № 10. -C. 1262-1269.

47. Yongsheng D., Xiaojian C., Tangsheng C. [et al.] Reflect type DC-20 GHz MMIC high performance SPST and SPDT switches // Microwave and Millimeter Wave Technology, 2000, 2nd International Conference on. ICMMT 2000 -IEEE, 2000. - C. 211-214.

48. Rebeiz G. M. RF MEMS: theory, design, and technology. /: John Wiley & Sons, 2004.

49. Guo Z., McGruer N., Adams G. Modeling, simulation and measurement of the dynamic performance of an ohmic contact, electrostatically actuated RF MEMS switch // Journal of Micromechanics and Microengineering. - 2007. - T. 17, № 9. - C. 1899.

50. Щаврук Н. Сравнение микроэлектромеханических переключателей для коммутации СВЧ сигнала // Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. - 2013. - T. 13, № 1. - C. 191-197.

51. Yan X., McGruer N., Adams G. [et al.] Thermal characteristics of microswitch contacts // Proceedings of the relay conference-National Association of Relay Manufacturers. - T. 49 -, 2001. - C. 9-1.

52. Munoz-Gamarra J., Uranga A., Barniol N. NEMS switches monolithically fabricated on CMOS MIM capacitors // Procedia Engineering. - 2014. - T. 87. - C. 943-946.

53. Lin K.-Y., Tu W.-H., Chen P.-Y. [et al.] Millimeter-wave MMIC passive HEMT switches using traveling-wave concept // IEEE transactions on microwave theory and techniques. - 2004. - T. 52, № 8. - C. 1798-1808.

54. Pala V., Peng H., Wright P. [et al.] Integrated high-frequency power converters based on GaAs pHEMT: Technology characterization and design examples // IEEE Transactions on Power Electronics. - 2012. - T. 27, № 5. - C. 2644-2656.

55. Lin K.-Y., Wang Y.-J., Niu D.-C. [et al.] Millimeter-wave MMIC single-pole-double-throw passive HEMT switches using impedance-transformation networks // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2003. - T. 51, № 4. - C. 1076-1085.

56. Pao K. h., Hsu C. y., Chuang H. r. [et al.] A 3-10GHz Broadband CMOS T/R Switch for UWB Applications // 2006 European Microwave Integrated Circuits Conference 10.1109/EMICC.2006.282680 -, 2006. - C. 452-455.

57. S. F. Chao, H. Wang C.-Y. S., Chern J. G. J. A 50 to 94-GHz CMOS SPDT switch using traveling-wave concept // IEEE Microw. Wireless Compon. Lett. / Под

ред.; Sponsor. - T. 17: Series A 50 to 94-GHz CMOS SPDT switch using traveling-wave concept -, 2007 of Conference. - C.

58. Mil'shtein S., Liessner C. High speed switch using pairs of pHEMTs with shifted gates // Microelectronics journal. - 2005. - T. 36, № 3. - C. 316-318.

59. Mun J. -K., Oh J. -H., Sung H. -K. [et al.] Effects of doping concentration ratio on electrical characterization in pseudomorphic HEMT-based MMIC switches for ICT system // Solid-State Electronics. - 2015. - T. 114. - C. 121-130.

60. Chiu H.-C., Fu J. S., Chen C.-W. RF performance of GaAs pHEMT switches with various upper/lower 5-doped ratio designs // Solid-State Electronics. - 2009. - T. 53, № 2. - C. 181-184.

61. Коноплев Б.Г., Рындин. Е. А. Интегральная наноэлектроника на основе связанных квантовых области. /- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008.

62. Chaudhry A. Fundamentals of nanoscaled field effect transistors. /: Springer, 2013.

63. Enz C. C., Vittoz E. A. Charge-based MOS transistor modeling: the EKV model for low-power and RF IC design. /: John Wiley & Sons, 2006.

64. Kasap S. Springer handbook of electronic and photonic materials. /: Springer Science & Business Media, 2006.

65. Yu P. Y., Cardona M. Fundamentals of semiconductors: physics and materials properties. /: Springer, 2010.

66. Pozela J. Physics of high-speed transistors. /: Springer Science & Business Media, 2013.

67. Драгунов В. П., Неизвестный И. Г., Гридчин В. А. Основы наноэлектроники. /: Физматкнига, 2006.

68. Sakaki H. Velocity-modulation transistor (VMT)-a new field-effect transistor concept // Japanese Journal of Applied Physics. - 1982. - T. 21, № 6A. - C. L381.

69. Inoue K., Sakaki H., Yoshino J. [et al.] Self-consistent calculation of electronic states in AlGaAs/GaAs/AlGaAs selectively doped double-heterojunction systems under electric fields // Journal of applied physics. - 1985. - T. 58, № 11. - C. 42774281.

70. Kurobe A., Castleton I., Linfield E. [et al.] Transport properties of a wide-quantum-well velocity modulation transistor structure // Semiconductor science and technology. - 1994. - T. 9, № 9. - C. 1744.

71. Owen P., Pepper M. Electron states in double-channel back-gated HEMT structures // Semiconductor science and technology. - 1993. - T. 8, № 1. - C. 123.

72. KizilyalliI., HessK. Ensemble Monte Carlo simulation of a velocity-modulation field effect transistor (VMT) // Japanese journal of applied physics. - 1987. - T. 26, № 9R. - C. 1519.

73. Webb K. J., Cohen E. B., Melloch M. R. Fabrication and operation of a velocity modulation transistor // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2001. - T. 48, № 12. - C. 2701-2709.

74. Vasallo B. G., Gonzalez T., Pardo D. [et al.] Monte Carlo Study of an InAlAs/InGaAs Velocity Modulation Transistor // Electron Devices, 2009. CDE 2009. Spanish Conference on -IEEE, 2009. - C. 128-131.

75. Vasallo B. G., Wichmann N., Bollaert S. [et al.] Monte Carlo Study of the Dynamic Performance of a 100-nm-Gate InAlAs/InGaAs Velocity Modulation Transistor // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2010. - T. 57, № 10. - C. 25722578.

76. Wichmann N., Vasallo B. G., Bollaert S. [et al.] Fabrication and fundamentals of operation of an InAlAs/InGaAs velocity modulation transistor // Applied Physics Letters. - 2009. - T. 94, № 10. - C. 103504.

77. Tayari V., Hemsworth N., Cyr-Choinière O. [et al.] Dual gate black phosphorus velocity modulated transistor // arXiv preprint arXiv:1512.00038. - 2015.

78. Tayari V., Hemsworth N., Cyr-Choinière O. [et al.] Dual-gate velocity-modulated transistor based on black phosphorus // Physical Review Applied. - 2016. - T. 5, № 6. - C. 064004.

79. Коноплев Б., Рындин Е. Элементная база нанокомпьютеров на основе связанных квантовых областей // Наука Юга России. - 2005. - T. 1, № 3. - C. 2228.

80. Коноплев Б., Рындин Е. Интегральные логические элементы на основе туннельно-связанных наноструктур // Известия высших учебных заведений. Электроника. - 2006. № 3. - C. 18-26.

81. Рындин Е. А. Интегральные комплементарные элементы с управляемой передислокацией максимума волновой функции носителей заряда в квантовых областях // Проектирование и технология электронных средств. - 2006. № 3. - C. 56-65.

82. Рындин Е. Сверхбыстродействующие интегральные коммутаторы на основе управляемой передислокации максимума волновой функции носителей заряда // Наука Юга России. - 2006. - T. 2, № 2. - C. 8-16.

83. Konoplev B., Ryndin E., Denisenko M. Components of integrated microwave circuits based on complementary coupled quantum regions // Russian Microelectronics. - 2015. - T. 44, № 3. - C. 190-196.

84. Рындин Е., Аль-Саман А. Схемотехническая модель быстродействующего интегрального коммутатора с управляемой передислокацией максимума плотности электронов в туннельно-связанных квантовых областях // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2017. №4 (189). С. 178-187.

85. Warriner R. A. Computer simulation of gallium arsenide field-effect transistors using Monte-Carlo methods // IEE Journal on Solid-State and Electron Devices. -1977. - T. 1, № 4. - C. 105-110.

86. Yokoyama K., Hess K. Monte Carlo study of electronic transport in Al 1- x Ga x As/GaAs single-well heterostructures // Physical Review B. - 1986. - T. 33, № 8. -C. 5595.

87. Park D., Brennan K. Monte Carlo simulation of 0.35-mu m gate-length GaAs and InGaAs HEMTs // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1990. - T. 37, № 3. - C. 618-628.

88. Amza C., Cimpian I., Profirescu M. Ensemble Monte Carlo Simulation of a Pseudomorpihc HEMT Structure // Semiconductor Conference, 2007. CAS 2007. International. - T. 2 -IEEE, 2007. - C. 419-422.

89. Mateos J., Gonzalez T., Pardo D. [et al.] Monte Carlo simulator for the design optimization of low-noise HEMTs // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2000.

- T. 47, № 10. - C. 1950-1956.

90. Sadi T., Kelsall R., Pilgrim N. Simulation of electron transport in InGaAs/AlGaAs HEMTs using an electrothermal Monte Carlo method // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2006. - T. 53, № 8. - C. 1768-1774.

91. Fawcett W., Boardman A., Swain S. Monte Carlo determination of electron transport properties in gallium arsenide // Journal of Physics and Chemistry of solids.

- 1970. - T. 31, № 9. - C. 1963-1990.

92. Palankovski V., Quay R. Analysis and simulation of heterostructure devices. /: Springer Science & Business Media, 2004.

93. Guidry M., Wienecke S., RomanczykB. [et al.] Small-signal model extraction of mm-wave N-polar GaN MISHEMT exhibiting record performance: Analysis of gain and validation by 94 GHz loadpull // Microwave Symposium (IMS), 2016 IEEE MTT-S International -IEEE, 2016. - C. 1-4.

94. Hussein A. S., Jarndal A. H. Reliable particle-swarm-optimization based parameter extraction method applied to GaN HEMTs // Microwave Symposium (MMS), 2016 16th Mediterranean -IEEE, 2016. - C. 1-4.

95. Jarndal A., Kompa G. A new small-signal modeling approach applied to GaN devices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2005. - T. 53, № 11. - C. 3440-3448.

96. Ahsan S. A., Ghosh S., Khandelwal S. [et al.] A New Small-Signal Parameter Extraction Technique for Large Gate-Periphery GaN HEMTs // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. - 2017. - T. 27, № 10. - C. 918-920.

97. Brady R. G., Oxley C. H., Brazil T. J. An improved small-signal parameter-extraction algorithm for GaN HEMT devices // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. - 2008. - T. 56, № 7. - C. 1535-1544.

98. Shur M. S. GaAs devices and circuits. /: Springer Science & Business Media, 2013.

99. Islam S. S., Anwar A. Spice model of AlGaN/GaN HEMTs and simulation of VCO and power amplifier // High Performance Devices, 2004. Proceedings. IEEE Lester Eastman Conference on -IEEE, 2004. - C. 229-235.

100. Memon N., AhmedM., Rehman F. A comprehensive four parameters I-V model for GaAs MESFET output characteristics // Solid-State Electronics. - 2007. - T. 51, № 3. - C. 511-516.

101. Enz C. C., Krummenacher F., Vittoz E. A. An analytical MOS transistor model valid in all regions of operation and dedicated to low-voltage and low-current applications // Analog integrated circuits and signal processing. - 1995. - T. 8, № 1. -C. 83-114.

102. Khandelwal S., Chauhan Y. S., Fjeldly T. A. Analytical modeling of surface-potential and intrinsic charges in AlGaN/GaN HEMT devices // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2012. - T. 59, № 10. - C. 2856-2860.

103. Yadav C., Agrawal M., Agarwal A. [et al.] Compact Modeling of Charge, Capacitance, and Drain Current in III-V Channel Double Gate FETs // IEEE Transactions on Nanotechnology. - 2017. - T. 16, № 2. - C. 347-354.

104. Гергель В., Мокеров В., Тимофеев М. [et al.] Ультраквазигидродинамический электронный транспорт в субмикронных полевых МДП-транзисторах и гетеротранзисторах // Физика и техника полупроводников. - 2000. - T. 34, № 2. - C. 239-242.

105. Гергель В., Гуляев Ю., Зеленый А. [et al.] Сверхскоростной электронный дрейф в полевых полупроводниковых структурах с секционированным каналом // Физика и техника полупроводников. - 2004. - T. 38, № 2. - C. 237-241.

106. Гергель В., Кулькова Е., Мокеров В. [et al.] Особенности электронного дрейфа в субмикронных GaAs-структурах // Физика и техника полупроводников.

- 2002. - T. 36, № 4. - C. 496-499.

107. Konoplev B. G., Ryndin E. A. Functionally integrated microwave switcher with spatial rearrangement of electron density maximum // 25th Int. Crimean Conference "Microwave & Telecommunication Technolo-gy" (CriMiCo'2015). 6—12 September.

- T. 1 - Sevastopol, Russia: IEEE Cat. Nr. CFP 15788., 2015. - C. 713 - 714.

108. Коноплев Б. Г., Рындин Е. А. Интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на ос-нове комплементарных квантовых областей // Book Интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на ос-нове комплементарных квантовых областей / Editor. - Рос. Федерация, 2007. - C. 17.

109. Pisarenko I., Ryndin E. Numerical Drift-Diffusion Simulation of GaAs pin and Schottky-Barrier Photodiodes for High-Speed AIIIBV On-Chip Optical Interconnections // Electronics. - 2016. - T. 5, № 3. - C. 52.

110. Konoplev B., Ryndin E. Numerical modeling of microwave switchers with subpicosecond time delay // International Conference on Micro-and Nano-Electronics 2016. - T. 10224 -International Society for Optics and Photonics, 2016. - C. 1022410.

111. Коноплев Б. Г., Рындин Е. А. Физико-топологическая модель функционально интегрированного СВЧ-коммутатора с управляемой передислокацией максимума плотности электронов // 26-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телеком-муникационные технологии» (КрыМиКо'2016). - T. 2 - Севастополь, 2016. - C. 268 - 274.

112. Драгунов В. П., Неизвестный И. Г., Гридчин В. А. Основы наноэлектроники. /- Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 496 с.

113. Streetman B. G., Banerjee S. K. Solid State Electronic Devices: Global Edition. /: Pearson Education, 2016.

114. CardonaM., Peter Y. Y. Fundamentals of semiconductors. /: Springer, 2005.

115. Matsuoka T., Kobayashi E., Taniguchi K. [et al.] Temperature dependence of electron mobility in InGaAs/InAlAs heterostructures // Japanese journal of applied physics. - 1990. - T. 29, № 10R. - C. 2017.

116. Adachi S. Physical properties of III-V semiconductor compounds. /: John Wiley & Sons, 1992.

117. Mohammad S. N., Bemis A. V., Carter R. L. [et al.] Temperature, electric field, and doping dependent mobilities of electrons and holes in semiconductors // Solid-state electronics. - 1993. - T. 36, № 12. - C. 1677-1683.

118. Lin J.-C., Yang P.-Y., Tsai W.-C. Simulation and analysis of metamorphic high electron mobility transistors // Microelectronics journal. - 2007. - T. 38, № 2. - C. 251-254.

119. Turin V. O. A modified transferred-electron high-field mobility model for GaN devices simulation // Solid-state electronics. - 2005. - T. 49, № 10. - C. 1678-1682.

120. Platania E., Chen Z., Chimento F. [et al.] A physics-based model for a SiC JFET accounting for electric-field-dependent mobility // IEEE Transactions on Industry Applications. - 2011. - T. 47, № 1. - C. 199-211.

121. Asgari A., Kalafi M., Faraone L. A quasi-two-dimensional charge transport model of AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) // Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures. - 2005. - T. 28, № 4. - C. 491-499.

122. Бирюкова Л. Ю., Николаева В. А., Рыжий В. И. [et al.] Алгоритмы квазигидродинамической модели для расчета процессов в электронной плазме субмикронных полупроводниковых структур // Математическое моделирование.

- 1989. - T. 1, № 5. - C. 11-22.

123. Gonzalez B., Palankovski V., Kosina H. [et al.] An energy relaxation time model for device simulation // Solid-state electronics. - 1999. - T. 43, № 9. - C. 1791-1795.

124. Рындин Е.А., Аль-Саман А.А. Программа моделирования статических вольт-амперных характеристик HEMT-структур // Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017662676 от 14.11.2017.

125. Рындин Е.А., Аль-Саман А.А. Квазидвумерная диффузионно-дрейфовая модель HEMT транзисторов // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2018. № 2(196). С. 85 - 94..

126. Ryndin E.A., Al-Saman A.A. A Quasi-Two-Dimensional Drift-Diffusion Model of High Microelectronic Switch // Proceedings of 2018 International Conference on «Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications» (PHENMA-2018), Busan, Republic of Korea, August 9-11, 2018. P. 299-300.

127. Alim M. A., Rezazadeh A. A., Gaquiere C. Multibias and thermal behavior of microwave GaN and GaAs based HEMTs // Solid-State Electronics. - 2016. - T. 126.

- C. 67-74.

128. Ryndin E.A., Al-Saman A.A. A novel approach to model high-speed microelectronic switch on the basis of hydrodynamic approximation // Micro- and Nanoelectronics - 2018: Proceedings of the International Conference (October 1-5, 2018, Zvenigorod, Russia): Book of Abstracts / Ed. by V.F. Lukichev and K.V. Rudenko. Compiler V.P. Kudrya. - M.: MAKS Press, 2018. P. 127.

129. Selberherr S. Analysis and simulation of semiconductor devices. /: Springer Science & Business Media, 2012.

130. Huang Y., Xu J., Wang L. [et al.] A physical model on electron mobility in InGaAs nMOSFETs with stacked gate dielectric // Microelectronics Reliability. -2015. - T. 55, № 2. - C. 342-346.

131. Liu K.-W., Anwar A. An analytical model of small-signal parameters for GaAs/AlGaAs inverted high electron mobility transistors // Microelectronics journal.

- 2001. - T. 32, № 1. - C. 85-88.

132. Krylov E., Nazarov E. Electric field dependence of the ion mobility // International Journal of Mass Spectrometry. - 2009. - T. 285, № 3. - C. 149-156.

133. Sotoodeh M., Khalid A., Rezazadeh A. Empirical low-field mobility model for III-V compounds applicable in device simulation codes // Journal of applied physics.

- 2000. - T. 87, № 6. - C. 2890-2900.

134. Wang X.-D., Hu W.-D., Chen X.-S. [et al.] The study of self-heating and hot-electron effects for AlGaN/GaN double-channel HEMTs // IEEE Transactions on Electron Devices. - 2012. - T. 59, № 5. - C. 1393-1401.

135. Gardner C. L. Semiconductor Equations (PA Markowich, CA Ringhofer, and C. Schmeiser) // SIAM Review. - 1991. - T. 33, № 4. - C. 675-677.

136. Quay R., Hess K., Reuter R. [et al.] Nonlinear electronic transport and device performance of HEMTs // IEEE Transactions on Electron devices. - 2001. - T. 48, № 2. - C. 210-217.

137. Simlinger T., Brech H., Grave T. [et al.] Simulation of submicron double-heterojunction high electron mobility transistors with MINIMOS-NT // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1997. - T. 44, № 5. - C. 700-707.

138. Рындин Е.А., Аль-Саман А.А. Программа гидродинамического моделирования HEMT-структур // Свидетельство РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018663024 от 18.10.2018.

139. Grebene A., Ghandhi S. General theory for pinched operation of the junction-gate FET // Solid-State Electronics. - 1969. - T. 12, № 7. - C. 573-589.

140. Solomon P. M., Morkoc H. Modulation-doped GaAs/AlGaAs heterojunction field-effect transistors (MODFET's), ultrahigh-speed device for supercomputers // IEEE Transactions on Electron Devices. - 1984. - T. 31, № 8. - C. 1015-1027.

141. Lee K., Shur M., Drummond T. J. [et al.] Electron density of the two-dimensional electron gas in modulation doped layers // Journal of Applied Physics. -1983. - T. 54, № 4. - C. 2093-2096.

142. Drummond T., Morkoc H., Lee K. [et al.] Model for modulation doped field effect transistor // IEEE electron device letters. - 1982. - T. 3, № 11. - C. 338-341.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ HEMT-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДРЕЙФОВОГО ПРИБЛИЖЕНИЯ

Исходный текст функции model_1

clear all clc

close all

model_constants

model_parameters

model_inputdata

Ut=-q*N*WbA2/epc/epcO; for i=1:length(Ug)

for j=1:length(Ud) clc

Vg=Ug(i) Vd=Ud(j)

[U,Ey,mun,mup,vn,vp,Tn,^ Id, QnL, y] =model_npoint (L, Ud (j) ,.. Ug(i),J,N,Wb,H,Gr,Delta,KT,K(i),Valley,W); I(i,j)=Id(3);

tau(i,j)=sum( (ones (size (y) ) .*...

(y(2)-y(1)))./vn); Qn(i,j)=sum(QnL.*(y(2)-y(1) ) ) ; model_figures_0;

end

end

model_figures; Ut

Исходный текст функции model_constants

q=1.602e-19; mass=9.1e-31; k=1.38e-23; h=6.6262e-34; epc0 = 8.8 5e-12;

Исходный текст функции model_parameters

epc=12.1; Beta=2; Betap=1; v_g=2.5e5; v_x=0.9e5; v_p=0.9e5; A1=0.56; A2 = 1; Ap=0.41; Mmg=8e-2; Mmx=0.4e-2; Mmp=0.004; Gg1=-0.9; Gx1=-0.9; Gp1=-0.9;

CRg=1e23; CRx=1e23; CRp=1e23; Gg3 = 6.2 ; Gx3=0.48; Gp3 = 0.5 ; Alg=0.5; Alx=0.5; Alp=1; Mlg=85e-2; Mlx=4.1e-2; Mlp=0.047; Gg0=-2.2 ; Gx0=-2.2; Gp0=-0.9; Mu0=8500e-4; Mu0p=470e-4; Ci=1e20; tw0=0.48e-12; tw1 = 0.025 e-12; twp=0.1e-12; C0 = 0 ;

C1=-0.053; C2=0.853; C3 = 0.5 ; m_n_G=0.067; m_n_LXl=1.987; m_n_LXt=0.229;

m_n_LX=(m_n_LXtл 2 *m_n_LXl)л(1/3); m n=m n G;

m_pl=0.08; m_ph=0.4 9;

m_p=(m_plA1.5+m_phA1.5)л(2/3); m1n=-0.0036; m1p=-0.05;

R=4*(m_n_LX/m_n_G)A1.5;

delta=1.9;

Eg0=1.521;

aEg=5.58e-4;

bEg=22 0;

Tl=300;

Vt=k*Tl/q;

MuLg=Mlg*(Tl/300)AGg0 MuLx=Mlx*(Tl/300)AGx0; MuLp=Mlp*(Tl/300)AGp0; Cg_ref=CRg*(Tl/300)AGg3; Cx_ref=CRx*(Tl/300)AGx3; Cp_ref=CRp*(Tl/300)AGp3; Mu_ming=Mmg*(Tl/300)AGgl; Mu_minx=Mmx*(Tl/300)AGx1; Mu_minp=Mmp*(Tl/300)AGpl;

Mu_LIg=Mu_ming +(MuLg-Mu_ming)/(1+(Ci/Cg_ref)AAlg); Mu_LIx=Mu_minx +(MuLx-Mu_minx)/(1+(Ci/Cx_ref)aaIx); Mu_LIp=Mu_minp +(MuLp-Mu_minp)/(1+(Ci/Cp_ref)AAlp); vs_g=v_g/(1-A1+A1*Tl/300);

vs_x=v_x/(1-A2+A2 *Tl/300) ;

vs_p=v_p/(1-Ap+Ap *Tl/300) ;

EgU=Eg0-aEg*TlA2/(bEg+Tl);

Nc=2*(2*pi*mass*m_n*k*Tl/hA2)A1.5;

Nv=2*(2*pi*mass*m_p*k*Tl/hA2)A1.5;

ni=sqrt(Nc*Nv)*exp(-EgU/(2*Vt));

Исходный текст функции model_inputdata

W=200e-6;

H=500e-9;

Wb=48e-9;

L=100e-9;

N=1e17*1e6;

Ug=[0.2 0.3 0.5 0.6];

Ud=[0:0.01:0.17 0.2:0.4:1 1:1:3];

Delta=1e-5;

J=2 0;

Gr=0;

KT=3;

K=[10 10]; Valley=0;

nS0=N*Wb/2/H+sqrt((N*Wb/2/H)A2+niA2); Исходный текст функции model_npoint

function[UU,EEy,mmun,mmup,vvn,vvp,TTn,Id,QnL,yy]=...

model_npoint(L,Ud,Ug,J,N,Wb,H,Gr,Delta,KT,K,Valley,W)

model_constants;

model_parameters;

a=q*N*WbA2/epc/epc0+Ug;

b=2*q*H*Wb*ni/epc/epc0;

y=0:L/(J-1):L;

dy=y(2)-y(1);

U0=zeros(J,1);

U=zeros(J,1); U0(1)=0; U0(J)=Ud; U(1)=0; U(J)=Ud; for j=2:J

U0(j)=U0(1) + (U0(J)-U0(1))/(y(J)-y(1))*... (y(j)-y(i));

[Mu(j ),Mu_Eg(j),Mu_Ex(j),Mu_Ep(j),Tn(j)]=... model_mobility(U0(j)-U0(j-1),dy,Delta,KT,0) ; end

Mu(1)=Mu(2); Mu_Eg(1)=Mu_Eg(2); Mu_Ex(1)=Mu_Ex(2); Mu_Ep(1)=Mu_Ep(2); Tn(1)=Tn(2); mup=Mu_Ep'; if Valley==0 mun=Mu'; elseif Valley==1 mun=Mu_Eg';

else

mun=Mu_Ex';

end

err=100*Delta; while err>Delta for j=2:J-1

cj =mun(j)*(a-U0(j)+sqrt( (a-U0(j) )A2+bA2) ); if cj==0 cj=b;

end

cjm1=mun(j-1)*(a-U0(j-1)+...

sqrt((a-U0(j-1))Л2+ЬЛ2)); if cjm1==0 cjm1=b;

end

U(j) = (cj *U0(j+1)+cjm1*U0(j-1))/(cj+cjm1); [Mu(j ),Mu_Eg(j),Mu_Ex(j),Mu_Ep(j),Tn(j)]=... model_mobilit(U0(j)-U0(j-1),dy,Delta,KT,0); mup(j)=Mu_Ep(j); if Valley==0

mun(j)=Mu(j); elseif Valley==1

mun(j)=Mu_Eg(j);

else

mun ( j ) =Mu_Ex (j);

end

Ey(j)=(U0(j)-U0(j-1))/dy;

Id2(j)=0.5*W*epc*epc0/Wb*cjm1*Ey(j);

end

Ey(1)=(U0(2)-U0(1))/dy;

Ey(J)=(U0(J)-U0(J-1))/dy;

vn=mun.*Ey';

vp=mup.*Ey';

Id2(1)=Id2(2);

Id2(J)=Id2(J-1);

clc

Ug

Ud

err=max(abs(U-U0))/max(abs(U0))

U0=U0+(U-U0)./К;

[Mu(1),Mu_Eg(1),Mu_Ex(1),Mu_Ep(1),Tn(1)]=... model_mobility(U0(2)-U0(1),dy,Delta,KT,0); [Mu(J),Mu_Eg(J),Mu_Ex(J),Mu_Ep(J),Tn(J)]=... model_mobility(U0(J)-U0(J-1),dy,Delta,KT,0); mup(1)=Mu_Ep(1); mup(J)=Mu_Ep(J); if Valley==0

mun(1)=Mu(1); mun(J)=Mu(J); elseif Valley==1

mun(1)=Mu_Eg(1); mun(J)=Mu_Eg(J);

else

mun(1)=Mu_Ex(1); mun(J)=Mu_Ex(J);

end

Tn(1)=Tn(2)-(Tn(3)-Tn(2)); if Tn(1)<0

Tn(1)=Tl;

end

Tn(J)=Tn(J-1)+(Tn(J-1)-Tn(J-2)); if Tn(J)<0

Tn(J)=Tl;

end

if Gr==1

plot(y.*1e9,U,'LineWidth',3) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('U, V','FontSize',19) grid on

set(gca,'FontSize',15) pause (1e-3)

end

end

yy=0:L/(300-1):L; dyy=yy(2)-yy(1) ; UU=interp1(y,U,yy, 'PCHIP'); mmun=interp1(y,mun,yy, 'PCHIP'); mmup=interp1(y,mup,yy,'PCHIP'); vvn=interp1(y,vn,yy,'PCHIP'); vvp=interp1(y,vp,yy,'PCHIP'); TTn=interp1(y,Tn,yy,'PCHIP'); EEy=interp1(y,Ey,yy,'PCHIP'); Id=interp1(y,Id2,yy,'PCHIP'); if max(abs(vvn))==0

QnL=zeros(size(Id));

else

QnL=-(Id./vvn)./W;

end

Исходный текст функции model_mobility

Function[Mu,Mu_Eg,Mu_Ex,Mu_Ep,Tn]=... model_mobility(Ud,L,Delta,KT,Er_Out) F=abs(Ud/L); Tn0=Tl;

Mu_Eg=Mu_LIg/(1+(Mu_LIg*F/vs_g)ABeta)л(1/Beta); Mu_Ex=Mu_LIx/(1+(Mu_LIx*F/vs_x)ABeta)л(1/Beta); Mu_Ep=Mu_LIp/(1+(Mu_LIp*F/vs_p)ABetap)л(1/Betap); errT=100*Delta;

while errT>Delta

multi=R*exp(-delta*q/(k*Tn0)); Mu=(Mu_E g+Mu_E x*multi)/(1+multi) ; tW=tw0+tw1*exp(C1*(Tn0/300+C0)л2... + C2*(Tn0/300+C0)+C3*(Tl/300)); Tn=Tl+2*q/3/k*tW*Mu*FA2; if Er_0ut==0

errT=abs(Tn-Tn0)/abs(Tn0) ;

else

clc

errT=abs(Tn-Tn0)/abs(Tn0) pause(1e-6)

end

Tn0=Tn0+(Tn-Tn0)/KT;

end

Исходный текст функции model_figures_0 subplot(2,3,1)

plot(y.*1e9,U,'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('U, V','FontSize',19) grid on

set (gca, 'FontSize',15) subplot(2,3,4)

plot(y.*1e9,Ey.*1e-2,'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('E_y, V/cm','FontSize',19) grid on

set(gca,'FontSize',15) subplot(2,3,2)

plot(y.*1e9,mun.*1e4,'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('mu_n, cmA2/(V*s)','FontSize',19) grid on

set(gca,'FontSize',15) subplot(2,3,5)

plot(y.*1e9,vn.*1e2,'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('v_n, cm/s','FontSize',19) grid on

set (gca, 'FontSize',15) subplot(2,3,3)

plot(y.*1e9,Tn./Tl,'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('T_n/T_L','FontSize',19) grid on

set (gca, 'FontSize',15) subplot(2,3,6)

plot(y.*1e9,Id.*1e3./(W*1e3),'LineWidth',2) xlabel('y, nm','FontSize',19) ylabel('I_D, mA','FontSize',19) grid on

% ylim([0 1.1*max(Id.*1e3)+0.01]) set(gca,'FontSize',15)

% set(gcf,'Position',[8 48 1910 947]) set(gcf,'Position',[0 0 1280 600]) print(gcf,'-dmeta','gr_0') hgsave(gcf,'gr_0')

Исходный текст функции model_figures

Udd=0:max(Ud)/300:max(Ud); II=zeros(length(Ug),length(Udd)); ttau=zeros(length(Ug),length(Udd)); QQn=zeros(length(Ug),length(Udd)); for i=1:length(Ug)

II(i,:)=interp1(Ud,I(i,:),Udd,'PCHIP'); ttau(i,:)=interp1(Ud,tau(i,:),Udd,'PCHIP'); QQn(i,:)=interp1(Ud,Qn(i,:),Udd,'PCHIP');

end figure

plot(Udd, (II.*1e3) ./(W*1e3),'k', 'LineWidth',2)

ylabel('I_D, mA/mm','FontSize',19)

xlabel('U_D, V','FontSize',19)

set(gca,'FontSize',15)

grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_1') hgsave(gcf,'gr_1')

figure

plot(Udd,II.*1e3,'k','LineWidth',2) ylabel('I_D, mA','FontSize',19)

xlabel('U_D, V','FontSize',19) set(gca,'FontSize',15) grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_2') hgsave(gcf,'gr_2')

figure

plot(Udd,ttau.*1e12,'k','LineWidth',2) ylabel('t_D, ps','FontSize',19) xlabel('U_D, V','FontSize',19) set (gca, 'FontSize',15) grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_5') hgsave(gcf,'gr_5')

figure

plot(Udd,QQn.*1e9,'k','LineWidth',2) ylabel('Q_n, nC','FontSize',19) xlabel('U_D, V','FontSize',19) set (gca, 'FontSize',15) grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_7') hgsave(gcf,'gr_7')

Ugg=min(Ug):max(Ug)/300:max(Ug);

tttau=interp1(Ug,tau(:,length(Ud)),Ugg,'PCHIP'); QQQn=interp1(Ug,Qn(:,length(Ud)),Ugg,'PCHIP');

figure

plot(Ugg,tttau.*1e12,'k','LineWidth',2)

ylabel('t_D, ps','FontSize',19) xlabel('U_G, V','FontSize',19) set(gca,'FontSize',15) xlim([min(Ugg) max(Ugg)]) grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_6') hgsave(gcf,'gr_6')

figure

plot(Ugg,QQQn.*1e9,'k','LineWidth',2)

ylabel('Q_n, nC','FontSize',19)

xlabel('U_G, V','FontSize',19)

set(gca,'FontSize',15)

xlim([min(Ugg) max(Ugg)])

grid on

print(gcf,'-dmeta','gr_8') hgsave(gcf,'gr_8')

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ НЕМТ-ПОДОБНОЙ СТРУКТУРЫ НА ОСНОВЕ ДИФФУЗИОННО-ДРЕЙФОВОГО

ПРИБЛИЖЕНИЯ

Исходный текст функции model_1

clear all clc

close all

if exist('hemt_vah.mat','file')>0 load hemt_vah;

ii=i; jj=j;

model_inputdata;

else

model_constants model_parameters model_inputdata ii=1; jj=1;

Ut=-q*N*WbA2/epc/epc0;

end

for i=ii:length(Ug)

for j=jj:length(Ud)

[U,Ey,mun,vn,Tn,Id,QnL,y]=model_npoint_hdm... (L,Ud(j),Ug(i),J,N,Ns0,dNs,Wb,H,Gr,W,.. Delta,K,KT,Model,InterValley);

I(i,j)=Id(3); model_figures_0; save hemt_vah

end

end

model_figures; Ut

save hemt_vah_

Исходный текст функции model_constants

q=1.602e-19; mass=9.1e-31; k=1.38e-23; h=6.6262e-34; epc0 = 8.8 5e-12;

Исходный текст функции model_parameters

epc=13.1; Tl=300; Vt=k*Tl/q; x=0.52; C_v=-0.19 6e5; C_vp=-0.35e5; C_Mu=1e2; C_t=1.8 e-12; C_C=-34; C_m=-0.012; C_mp=-0.03;

C_g=-0.475; Beta=2; Betap=1;

%Calculation of saturation velocity

% Saturation velocity parameters for GaAs

v g1=2.5e5;

v_x1=0.9e5;

v_p1=0.9e5;

A11=0.56;

A21=1;

Ap1=0.41;

vs_g1=v_g1/(1-A11+A11*Tl/300);

vs_x1=v_x1/(1-A21+A21*Tl/300);

vs_p1=v_p1/(1-Ap1+Ap1*Tl/300);

% Saturation velocity parameters for InAs

v g2=2.5e5;

v_x2=0.9e5;

v_p2=0.5e5;

A12=0.57;

A2 2 = 1;

Ap2=0.3;

vs_g2=v_g2/(1-A12+A12*Tl/300); vs_x2=v_x2/(1-A22 +A2 2*Tl/300) ; vs_p2=v_p2/(1-Ap2+Ap2*Tl/300);

% Calculation of saturation velocity for InGaAs vs_g=(1-x)*vs_g1+x*vs_g2+x*(1-x)*C_v; vs_x=(1-x)*vs_x1+x*vs_x2+x*(1-x)*C_v; vs_p=(1-x)*vs_p1+x*vs_p2+x*(1-x)*C_vp;

% mobility calculation using model Caughey Thomas

%For GaAs Mmg1=8e-2; Mmx1=0.4e-2; Mmp1=0.004; Gg11=-0.9; Gx11=-0.9; Gp11=-0.9; CRg1=1e23; CRx1=1e23; CRp1=1e23; Gg31 = 6.2 ; Gx31=0.48; Gp31 = 0.5 ; Alg1 = 0.5 ; Alx1=0.5; Alp1=1; Mlg1=85e-2; Mlx1=0.7e-2; Mlp1=0.047; Gg01=-2.2; Gx01=-2.2; Gp01=-0.9; Ci1=1e20;

MuLg1=Mlg1*(Tl/300)AGg01; MuLx1=Mlx1*(Tl/300)AGx01; MuLp1=Mlp1*(Tl/300)AGp01; Cg_ref1=CRg1*(Tl/300)AGg31; Cx_ref1=CRx1*(Tl/300)AGx31; Cp_ref1=CRp1*(Tl/300)AGp31; Mu_ming1=Mmg1*(Tl/300)AGg11;

Mu_minx1=Mmx1*(Tl/300)AGx11; Mu_minp1=Mmp1*(Tl/300)AGp11; Mu_LIg1=Mu_ming1+ (MuLg1... -Mu_ming1)/(1+(Ci1/Cg_ref1)AAlg1); Mu_LIx1=Mu_minx1...

+(MuLx1-Mu_minx1)/(1+(Ci1/Cx_ref1)AAlx1); Mu_LIp1=Mu_minp1.

+(MuLp1-Mu_minp1)/(1+(Ci1/Cp_ref1)AAlp1); % For InAs Mmg2=117e-2; Mmx2=0.4e-2; Mmp2=0.004 8; Gg12=-0.33; Gx12=-0.33; Gp12=-0.33; CRg2=4.4e22; CRx2=4.4e22; CRp2=2.55e23; Gg32=3.6; Gx32 = 0.5 ; Gp32 = 0.5 ; Alg2=0.5; Alx2=0.5; Alp2=1; Mlg2=325e-2; Mlx2=4.8e-2; Mlp2=0.051; Gg02=-1.7; Gx02=-1.7; Gp02=-2.3 ;

Ci2=1e20;

MuLg2=Mlg2*(Tl/300)AGg02; MuLx2=Mlx2*(Tl/300)AGx02; MuLp2=Mlp2*(Tl/300)AGp02; Cg_ref2=CRg2*(Tl/300)AGg32; Cx_ref2=CRx2*(Tl/300)AGx32; Cp_ref2=CRp2*(Tl/300)AGp32; Mu_ming2=Mmg2*(Tl/300)AGg12; Mu_minx2=Mmx2*(Tl/300)AGx12; Mu_minp2=Mmp2*(Tl/300)AGp12; Mu_LIg2=Mu_ming2...

+(MuLg2-Mu_ming2)/(1+(Ci2/Cg_ref2)AAlg2); Mu_LIx2=Mu_minx2...

+(MuLx2-Mu_minx2)/(1+(Ci2/Cx_ref2)AAlx2); Mu_LIp2=Mu_minp2...

+(MuLp2-Mu_minp2)/(1+(Ci2/Cp_ref2)AAlp2); % Extraction of mobility for InGaAs Mu_LIg=1/((1-x)/Mu_LIg1+x/Mu_LIg2+x*(1-x)/C_Mu); Mu_LIx=1/((1-x)/Mu_LIx1+x/Mu_LIx2+x*(1-x)/C_Mu); Mu_LIp=1/((1-x)/Mu_LIp1+x/Mu_LIp2+x*(1-x)/C_Mu); % Calculation of relaxation time % parameters for GaAs tw01 = 0.48 e-12; tw11 = 0.02 5e-12; twp1=0.1e-12; C01=0; C11=-0.053; C21=0.853; C31=0.5;

% parameters for GaAs

tw02 = 0.0 8e-12; tw12 = 0.02 5e-12; twp2=0.1e-12; C02=3; C12=-0.053; C22=0.853; C32 = 0.5 ;

% Extracted parameters for InGaAs tw0=(1-x)*tw01+x*tw02+x*(1-x)* C_t; tw1=tw02; twp=twp1;

C0=(1-x)*C01+x*C02+x*(1-x)* C_C;

C1=C11;

C2=C21;

C3=C31;

% Calculation of effective mass % effective mass for GaAs m_n_G1=0.067; m_n_LXl1=1.987; m_n_LXt1=0.229;

m_n_LXl=(m_n_LXt1A2*m_n_LXl1)A(1/3); m_n1=m_n_G1; m_pl1=0.08; m_ph1=0.4 9;

m_p1=(m_pl1A1.5+m_ph1A1.5)A(2/3); m1n1=-0.0036; m1p1=-0.05;

% effective mass for InAs m_n_G2=0.023; m n LXl2=3.619;