Ce processus commence par la préparation de la tranche de GaAs. Pour préparer le substrat, la tranche de GaAs est légèrement gravée pour éliminer environ 100 nm afin d'éliminer l'oxyde de surface, la contamination et les dommages causés par l'

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Description

Étape A -

Ce processus commence par la préparation de la tranche de GaAs. Pour préparer le substrat, la tranche de GaAs est légèrement gravée pour éliminer environ 100 nm afin d'éliminer l'oxyde de surface, la contamination et les dommages causés par l'emballage et la manipulation. Une couche isolante en nitrure de silicium est ensuite déposée par pulvérisation réactive sur une épaisseur de 100 nm. Cette couche de recouvrement protège la surface de GaAs pendant toute l'opération de traitement et aide à empêcher la perte de As de la surface par décomposition du GaAs pendant le traitement à haute température.

Étape B -

L'étape B (masque n ° 1) de la fabrication est la formation des régions de canal entre les régions de source et de drain en utilisant un processus d'implantation d'ions silicium. Le substrat en GaAs étant semi-isolant, l'implantation d'ions silicium est utilisée pour former une région de type n légèrement dopée mais conductrice. Un résist positif est utilisé pour définir l'emplacement du canal et l'implantation se fait à travers la couche de protection en nitrure de silicium. Après l'implantation, la réserve est retirée pour l'alignement ultérieur des masques pour les régions de source et de drain et de grille. La réserve est ensuite enlevée de la tranche en laissant le nitrure intact.

Étape C -

La formation des régions de source et de drain pour le MESFET est effectuée dans l'étape de masquage suivante (masque n ° 2) d'une manière similaire. La résistance positive est à nouveau utilisée pour définir la zone de l'implant. La réserve est ensuite retirée (dénudée) après l'implant. Etant donné que l'implantation produit de graves dommages au réseau semi-conducteur, une étape de recuit thermique est nécessaire après l'implant pour réparer les dommages et activer les espèces implantées. Ceci termine la formation des régions actives de l'appareil.

Étape D -

Ensuite, pour établir des contacts électriques avec les régions de source et de drain du dispositif, la réserve est appliquée et modelée (masque n ° 3) et les ouvertures dans le nitrure de silicium sont gravées jusqu'à la surface du semi-conducteur sur les régions de source et de drain. Après la formation de motifs, la réserve est traitée au chlorobenzène pour gonfler sa surface supérieure et produire un rebord en surplomb au sommet de la réserve dans les fenêtres. Le nitrure de silicium sous-jacent est gravé dans les fenêtres pour exposer la surface GaAs sous-jacente.

Étape E -

Le métal de contact Au / Ge / Ni est ensuite déposé avec un motif et le métal en excès est éliminé (enlevé) en dissolvant la réserve dans un solvant.

Étape F -

Le même procédé de lithographie et technique de décollage est également utilisé pour modeler le métal Schottky en aluminium (masque n ° 4) pour former l'électrode de grille pour le MESFET.

Étape G -

La fabrication du MESFET est maintenant terminée et le dispositif est prêt pour les tests et la caractérisation électrique. Le processus de fabrication décrit ci-dessus est un processus de base avec un minimum de niveaux de masque et de traitement.




<html>

<head>


<title>n-channel JFET</title>

<meta name="Author" content="Peter Hadley">

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<body style="background-color:white">

<table style="border-collapse:collapse" width="100%" cellspacing="0" cellpadding="0">

<tr><td><p style="text-align":left"><a href="http://www.tugraz.at"><img src="http://lampx.tugraz.at/~hadley/ss1/tulogo.gif"  border="0"></a></p></td>


<td><p style="text-align:right"><!-- Student: <span style='color:red;'>Not logged in</span> --></p></td></tr>


<tr><td colspan="2" style="background-color:#D0D0D0" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#FFFFFF" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#FCFCFC" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#F8F8F8" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#F4F4F4" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#F0F0F0"><p style="text-align:center; color:black; font-family:verdana;"><b>PHT.301 Physics of Semiconductor Devices</b></p></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#E2E2E2" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#D0D0D0" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#B6B6B6" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#909090" height="1px"></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:#646464" height="1px"></td></tr>

</table>


<table><tr><td valign="top" style="background-color:#ededed;">



<table style="border-collapse:collapse">


<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L0/index.php">Home</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../outline/outline.php">Outline</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L1/L1.php">Introduction</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L2/L2.php">Electrons in crystals</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L3/L3.php">Intrinsic Semiconductors</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L4/L4.php">Extrinsic Semiconductors</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L5/L5.php">Transport</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L6/L6.php">pn junctions</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L8/L8.php">Contacts</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L9/L9.php">JFETs/MESFETs</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L10/L10.php">MOSFETs</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L13/L13.php">Bipolar transistors</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L15/L15.php">Opto-electronics</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../lectures20/lectures.php">Lectures</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../books/books.php">Books</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../problems/problems.php">Exam questions</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L0/math_test.php">Mathmatical expressions</a></p></td></tr>

<!-- <tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="http://lampx.tugraz.at/~hadley/ss1/presentations/index.php">Making presentations</a></p></td></tr> -->

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L0/students.php">TUG students</a></p></td></tr>

<tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../L0/studentprojects.php">Student projects</a></p></td></tr>

<!-- <tr><td class="button"><p class="button"><a class="button" href="../wikiindex.html">Index</a></p></td></tr> -->



</table>


</td><td>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;</td><td valign="top">



<h2>n-channel JFET</h2>



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      MathJax.Hub.Config({

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      jax: ["input/TeX","output/HTML-CSS"],

      tex2jax: {inlineMath: [["$","$"],["\\(","\\)"]]}

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<script language="JavaScript">


var d1 = [];

var Vg = [];

var kB = 1.380658E-23/1.60217733E-19;

var eps0 = 8.854187817E-12;

var ec = 1.60217733E-19;


function plotn() {

  n = 0;

  d1.length=0;   //this deletes all the points from the previous calculation

  Vg.length=0;

  T=eval(data.Temp.value);

  Nc=eval(data.Nc.value)*1E6;  //convert to m-3

  Nv=eval(data.Nv.value)*1E6;

  Nd=eval(data.Nd.value)*1E6;

  Na=eval(data.Na.value)*1E6;

  if (Na<10*Nd) {alert("The p-doping of the gate should be much higher than the n-doping of the channel in an n-channel JFET.");}

  Eg=eval(data.Eg.value);

  document.getElementById('Eg_txt').innerHTML=Eg.toPrecision(3);

  Mn=eval(data.Mn.value)/1E4;  //convert to m^2/V s

  epsr=eval(data.eps.value);  

  VD=eval(data.VD.value);

  if (VD<0) {alert("The drain voltage should be positive to pinch off the channel.");}

  h=eval(data.h.value)*1E-6;

  L=eval(data.L.value)*1E-6;

  Z=eval(data.Z.value)*1E-6;

  ni = Math.sqrt(Nc*Nv)*Math.pow(T/300,3/2)*Math.exp(-Eg/(2*kB*T));

  document.getElementById('ni_txt').innerHTML=(ni*1E-6).toPrecision(3);

  Vbi = kB*T*Math.log(Na*Nd/(ni*ni));

  document.getElementById('Vbi_txt').innerHTML=Vbi.toPrecision(3);

  Ip = Mn*Nd*Nd*Z*ec*ec*h*h*h/(2*L*epsr*eps0);

  document.getElementById('Ip_txt').innerHTML=Ip.toPrecision(3);

  Vp = Nd*ec*h*h/(2*epsr*eps0);

  document.getElementById('Vp_txt').innerHTML=Vp.toPrecision(3);

  Vg[1]=eval(data.Vg1.value);

  if (Vg[1]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}

  Vg[2]=eval(data.Vg2.value);

  if (Vg[2]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}

  Vg[3]=eval(data.Vg3.value);

  if (Vg[3]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}

  Vg[4]=eval(data.Vg4.value);

  if (Vg[4]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}

  Vg[5]=eval(data.Vg5.value);

  if (Vg[5]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}

  Vg[6]=eval(data.Vg6.value);

  if (Vg[6]>0) {alert("The model is only valid if the pn-junction is reverse biased. Vg should be negative.");}



for (j=1; j<7; j++) {

  if (Vg[j]==0) {Vg[j]=1E-10;}

  if (Vg[j]) {

    for (k=0; k<201; k++) {

      V = k*VD/200;

      if (V< Vg[j]-Vbi+Vp) {

        I = Ip*(V/Vp - (2/3)*Math.pow((Vbi+V-Vg[j])/Vp,1.5) + (2/3)*Math.pow((Vbi-Vg[j])/Vp,1.5));

      }

      else {I = Ip*(1/3 - (Vbi-Vg[j])/Vp + (2/3)*Math.pow(((Vbi-Vg[j]))/Vp,1.5));}

      d1[n]=[V,I*1000];

      if (Vg[j]<-Vp) { d1[n]=[V,0];}

      n++;

    }

    d1[n]=null;  //starts a new line in the plot

    n++;

  }

}


    var data1 = [{ data: d1, color: "rgb(0, 0, 0)", shadowSize:0, lines: {show:true} }];


    $.plot($("#placeholder"), data1);


}


</script>


<style>

p {margin-left:1cm;}

td.gray {background-color:cccccc}

</style>


</head>


<body>


<p>The expression for the drain current of a n-channel JFET in the linear regime is,</p>


\[ \begin{equation}

 I_D=I_p\left[\frac{V_D}{V_p}-\frac{2}{3}\left(\frac{V_{bi}+V_D-V_G}{V_p}\right)^{3/2}+\frac{2}{3}\left(\frac{V_{bi}-V_G}{V_p}\right)^{3/2}\right],

\end{equation} \]


<p>where,</p>


\begin{align}

I_p =\frac{\mu_n {N_D}^2 Z e^2 h^3}{2L\epsilon_r\epsilon_0} \qquad

V_p =\frac{e {N_D} h^2}{2 \epsilon_r\epsilon_0} \qquad

eV_{bi} =k_B T \ln \left(\frac{N_A N_D}{{n_i}^2}\right) \qquad

n_i=\sqrt{N_cN_v\left(\frac{T}{300}\right)^{3}}\exp\left(\frac{-E_g}{2k_BT}\right). 

\end{align}


<p>In the saturation regime the current is,</p>


\[ \begin{equation}

 I_D=I_p\left[\frac{1}{3}-\frac{V_{bi}-V_G}{V_p}+\frac{2}{3}\left(\frac{V_{bi}-V_G}{V_p}\right)^{3/2}\right].

\end{equation} \]


<p>These expressions are valid assuming that the pn junction is reverse biased. For a n-channel JFET, $V_G$&nbsp;&lt;&nbsp;0 and $V_D$&nbsp;&gt;&nbsp;0 in this regime.</p>


<table align="center"><tr><td>

<table><tr><td><i>I<sub>D</sub></i>&nbsp;[mA]</td><td><div id="placeholder" style="width:500px;height:400px;"></div></td></tr>

<tr><td></td><td><p style="text-align:center"><i>V<sub>D</sub></i> [V]</p></td></tr></table>

</td><td>

<form name="data">


<table align="center" style="border-collapse:collapse">

<tr><td class="gray">&nbsp;</td><td class="gray"></td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$N_c=$ </p></td><td class="gray"><input size="10" value="2.78E19" name="Nc" type="text"> cm<sup>-3</sup> @&nbsp;300&nbsp;K</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$N_v=$ </p></td><td class="gray"><input size="10" value="9.84E18" name="Nv" type="text"> cm<sup>-3</sup> @&nbsp;300&nbsp;K</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$E_g=$</p></td><td class="gray"><input size="25" value="1.166-4.73E-4*T*T/(T+636)" name="Eg" type="text"> eV</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$N_D=$ </p></td><td class="gray"><input size="10" value="1E15" name="Nd" type="text"> cm<sup>-3</sup></td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$N_A=$ </p></td><td class="gray"><input size="10" value="1E19" name="Na" type="text"> cm<sup>-3</sup></td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$\mu_n=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="1350" name="Mn" type="text"> cm<sup>2</sup>/Vs</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$h=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="3" name="h" type="text"> &mu;m</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$L=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="100" name="L" type="text"> &mu;m</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$Z=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="100" name="Z" type="text"> &mu;m</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$\epsilon_r=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="11.9" name="eps" type="text"> </td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$T=$</p></td><td class="gray"><input size="10" value="300" name="Temp" type="text"> K</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_{D} (\text{max})$ = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="10" name="VD"> V</td></tr>



<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [1] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="0" name="Vg1"> V</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [2] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="-1" name="Vg2"> V</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [3] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="-2" name="Vg3"> V</td></tr>


<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [4] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="-3" name="Vg4"> V</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [5] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="-4" name="Vg5"> V</td></tr>

<tr><td class="gray"><p style="text-align:right; margin-right:0cm;">$V_g$ [6] = </p></td><td class="gray"><input type="text" size="10" value="-5" name="Vg6"> V</td></tr>



<tr><td colspan="2" style="background-color:cccccc"><p>&nbsp;</p></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:cccccc"><p style="text-align:center"><input type="button" onClick="plotn()" value="Replot"></p></td></tr>

<tr><td colspan="2" style="background-color:cccccc"><p style="text-align:center"><input type="button" value=" Si " onclick="data.Nc.value='2.78E19'; data.Nv.value='9.84E18';data.Eg.value='1.166-4.73E-4*T*T/(T+636)'; data.Mn.value='1350'; data.eps.value='11.9'; plotn();">

<input type="button" value=" Ge " onclick="data.Nc.value='1.04E19'; data.Nv.value='6.0E18';data.Eg.value='0.7437-4.77E-4*T*T/(T+235)'; data.Mn.value='3900'; data.eps.value='16.2'; plotn();">

<input type="button" value="GaAs" onclick="data.Nc.value='4.45E17'; data.Nv.value='7.72E18';data.Eg.value='1.519-5.41E-4*T*T/(T+204)'; data.Mn.value='8500'; data.eps.value='10.9'; plotn();"></p></td></tr>

</table>


</form>



</td></tr></table>

<hr />

<p>$E_g=$ <span id="Eg_txt"></span> eV; &emsp;$n_i=$ <span id="ni_txt"></span> cm<sup>-3</sup>; &emsp;$V_{bi}=$ <span id="Vbi_txt"></span> V; &emsp;$I_p=$ <span id="Ip_txt"></span> A; &emsp;$V_p=$ <span id="Vp_txt"></span> V.


<script>

plotn();

</script>



</td></tr></table>

</body>

</html>









Liste des notations.

β transconductance 

q = -1.6 x 10-19 C charge élémentaire de l’électron

w largeur de grille

 lg longueur de grille 

ε= εr*ε0 permittivité diélectrique de GaAs

 Lsg distance source-grille 

Lgd distance grille-drain 

k constante de Boltzman 

Lsd distance source-drain 

Nd dopage uniforme de la couche active 

L longueur moyenne des métallisations de drain et de source 

Vbi = Φs hauteur de barrière Schottky 

Id courant de canal

Idss courant de canal à tension grille-source nulle

T température , 

Vt tension de seuil 

μ0 mobilité en champ faible

A0 profondeur effective du canal pour un dopage uniforme 

V p = Vbi – Vt tension de pincement 

Vds tension drain-source 

Gd conductance de drain 

Vgs tension grille-source

 Gc constante décrivant la conductance de drain en fonction de VGs

Vgd tension grille-drain 

courant de canal 1 dss courant de canal à tension gril- 

RDS résistance carrée de la métallisation de grille

 03BC0 mobilité en champ faible fc facteur de contact entre p 03C8ss hauteur de barrière entre l’AsGa et l’air Ce travail a été financé en partie par N facteur d’idéalité des diodes le contrat CNET n° 84 8B 006. Schottky

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