Aportaciones a la caracterización electro-térmica de FETs de AlGaN/GaN con tecnologías avanzadas

Abstract

En los HEMT de AlGaN/GaN estudiados se han aplicado exitosamente técnicas de extracción de parámetros para los FET, a distintas temperaturas, para determinar la tensión umbral, la movilidad de electrones a campos bajos y las resistencias extrínsecas. También se ha extraído la dependencia con la temperatura de la resistencia térmica, empleando la técnica de la conductancia en AC. Estos parámetros se han empleado posteriormente en simulaciones numéricas y/o en modelado. En cuanto a simulaciones numéricas, haciendo uso de la resistencia térmica medida y teniendo en cuenta la degradación de la conductividad térmica en las capas finas del dispositivo, se ha establecido un procedimiento para reproducir adecuadamente el autocalentamiento. En caso de los HEMT del ISOM con puertas Schottky ha sido necesario distribuir la resistencia térmica entre el terminal de puerta y el fondo de la estructura simulada (bajo el canal). Mientras que con estructuras MOS de puerta (en los MOS-HEMT del CEA-Leti) se ha localizado toda la resistencia térmica bajo el canal. Este resultado es coherente con la esperada dispersión del calor, internamente generado por efecto Joule, hacia el exterior del dispositivo. De esta forma, no sólo se simula correctamente la degradación de la corriente de drenador en las curvas características con el aumento de la temperatura de operación, sino que también se predice la máxima temperatura que tiene lugar en el canal, bajo la puerta, por el lado del drenador. Con respecto al modelado compacto, para los HEMT del ISOM se ha partido de un modelo desarrollado en la Universitat Rovira i Virgili, implementado en Verilog-A. A este modelo se le ha incorporado la dependencia con la temperatura de los principales parámetros: tensión umbral, resistencias extrínsecas, movilidad a campos bajos, velocidad de saturación y resistencia térmica, extraídos a partir de las medidas o de las simulaciones. El incremento de temperatura resultante (promedio en el canal) se corresponde exitosamente con el simulado y medido (a partir de la resistencia térmica extraída), en los distintos regímenes y temperaturas de operación. También se predice correctamente la dependencia de la corriente y la temperatura con la geometría de puerta. En una primera aproximación se han modelado los MOS-HEMT del CEA-Leti, al ser transistores MOSFET, haciendo uso del modelo BSIMSOI3.1, disponible en ADS, ya que incorpora el autocalentamiento.