Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων
Στην συγκεκριμένη διπλώματική εργασία μελετάται ο σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48¬As/InP που προηγείται της κατασκευής των πυλών, κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορς πολύ υψήλων συχνοτήτων. Ο χαρακτηρισμός και σχεδιασμός των συσκευών αυτών π...
| Main Author: | |
|---|---|
| Other Authors: | |
| Language: | Greek |
| Published: |
2023
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://hdl.handle.net/10889/24734 |
| id |
nemertes-10889-24734 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Τρανζίστορς υψήλων συχνοτήτων Ημιαγωγοί III-V HEMTs Semiconductors |
| spellingShingle |
Τρανζίστορς υψήλων συχνοτήτων Ημιαγωγοί III-V HEMTs Semiconductors Πουλής - Τσιχριτζής, Ευστάθιος Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| description |
Στην συγκεκριμένη διπλώματική εργασία μελετάται ο σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48¬As/InP που προηγείται της κατασκευής των πυλών, κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορς πολύ υψήλων συχνοτήτων. Ο χαρακτηρισμός και σχεδιασμός των συσκευών αυτών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας χημική εγχάραξη και λογισμικό το οποίο εκτελεί αυτοσυναφείς υπολογισμούς των εξισώσεων Schrodinger- Poisson. Μελετήθηκαν οι μηχανισμοί των χημικών εγχαράξεων, διαφορετικές μέθοδοι και διαλύματα για την εγχάραξη της συγκεκριμένης δομής. Πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα για τον σχεδιασμό ωμικών επαφών με νικέλιο, χρυσό και γερμάνιο υλικά που χρησιμοποιούνται και στις πειραματικές διατάξεις αυτής της εργασίας. Οι χημικές εγχαράξεις μετρήθηκαν στο τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών το οποίo διαθέτει μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) Dimension Icon της εταιρίας Brucker. Έγινε προσομοίωση λειτουργείας συσκευών με διαφορετικά πόσα προσμίξεων και με διαφορετικά πάχυ υμενίων μέσω των αυτοσυναφών υπολογισμών και τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με αποτελέσματα μετρήσεων Shubnikov-de Haas. Σε μερικές διατάξεις παρατηρήθηκε παρασιτικό επίπεδο αγωγιμότητας παράλληλο στο κανάλι, επιτεύχθηκε η εξάλειψη του καθαρά μέσω υγρής χημικής εγχάραξης στο επίπεδο Schottky της διάταξης, όπου και λάμβανε χώρα το φαινόμενο αυτό. Δεύτερον αλλά εξίσου σημαντικό είναι ότι στις διατάξεις με διαφορετική ποσότητα προσμίξεων παρατηρήθηκε μια συσχέτιση της μείωσης του πληθυσμού ηλεκτρονίων στις διαφορετικές ενεργειακές στάθμες στο κανάλι. |
| author2 |
Poulis - Tsichritzis, Eustathios |
| author_facet |
Poulis - Tsichritzis, Eustathios Πουλής - Τσιχριτζής, Ευστάθιος |
| author |
Πουλής - Τσιχριτζής, Ευστάθιος |
| author_sort |
Πουλής - Τσιχριτζής, Ευστάθιος |
| title |
Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| title_short |
Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| title_full |
Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| title_fullStr |
Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| title_full_unstemmed |
Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| title_sort |
σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών in0.53ga0.47as/in0.52al0.48as/inp κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων |
| publishDate |
2023 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/24734 |
| work_keys_str_mv |
AT poulēstsichritzēseustathios schediasmoskaiēlektrikoscharaktērismosabathōneterodomōnin053ga047asin052al048asinpkatallēlōngiatēnkataskeuētranzistorpolyypsēlōnsychnotētōn AT poulēstsichritzēseustathios designandelectricalcharacterizationofshallowheterostructuresin053ga047asin052al048asinpsuitableforveryhighfrequencytransistors |
| _version_ |
1771297301976842240 |
| spelling |
nemertes-10889-247342023-03-10T04:38:17Z Σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορ πολύ υψηλών συχνοτήτων Design and electrical characterization of shallow heterostructures In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48¬As/InP suitable for very high frequency transistors Πουλής - Τσιχριτζής, Ευστάθιος Poulis - Tsichritzis, Eustathios Τρανζίστορς υψήλων συχνοτήτων Ημιαγωγοί III-V HEMTs Semiconductors Στην συγκεκριμένη διπλώματική εργασία μελετάται ο σχεδιασμός και ηλεκτρικός χαρακτηρισμός αβαθών ετεροδομών In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48¬As/InP που προηγείται της κατασκευής των πυλών, κατάλληλων για την κατασκευή τρανζίστορς πολύ υψήλων συχνοτήτων. Ο χαρακτηρισμός και σχεδιασμός των συσκευών αυτών πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας χημική εγχάραξη και λογισμικό το οποίο εκτελεί αυτοσυναφείς υπολογισμούς των εξισώσεων Schrodinger- Poisson. Μελετήθηκαν οι μηχανισμοί των χημικών εγχαράξεων, διαφορετικές μέθοδοι και διαλύματα για την εγχάραξη της συγκεκριμένης δομής. Πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική έρευνα για τον σχεδιασμό ωμικών επαφών με νικέλιο, χρυσό και γερμάνιο υλικά που χρησιμοποιούνται και στις πειραματικές διατάξεις αυτής της εργασίας. Οι χημικές εγχαράξεις μετρήθηκαν στο τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών το οποίo διαθέτει μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM) Dimension Icon της εταιρίας Brucker. Έγινε προσομοίωση λειτουργείας συσκευών με διαφορετικά πόσα προσμίξεων και με διαφορετικά πάχυ υμενίων μέσω των αυτοσυναφών υπολογισμών και τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με αποτελέσματα μετρήσεων Shubnikov-de Haas. Σε μερικές διατάξεις παρατηρήθηκε παρασιτικό επίπεδο αγωγιμότητας παράλληλο στο κανάλι, επιτεύχθηκε η εξάλειψη του καθαρά μέσω υγρής χημικής εγχάραξης στο επίπεδο Schottky της διάταξης, όπου και λάμβανε χώρα το φαινόμενο αυτό. Δεύτερον αλλά εξίσου σημαντικό είναι ότι στις διατάξεις με διαφορετική ποσότητα προσμίξεων παρατηρήθηκε μια συσχέτιση της μείωσης του πληθυσμού ηλεκτρονίων στις διαφορετικές ενεργειακές στάθμες στο κανάλι. High-frequency transistors are essential components in may electronic and communication systems, and the development of materials with improved performance is a critical area of research. This thesis provides valuable insights into the design and electrical characterization of shallow heterostructures Type-I made from In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP materials and demonstrates optimizations for a better performance of these devices. These finding will further advance the development of high frequency transistors in a range of applications, including communication systems, data storage and computing. This thesis first provides with a comprehensive review of the mechanisms that take place that give these devices such extraordinary characteristics for high-frequency applications. The interface between different materials with different band gaps create a potential difference. Electrons of conductivity are transferred from the material with the highest energy bandgap, In0.52Al0.48, to the material with the lowest energy bandgap, In0.53Ga0.47As, where they occupy energy levels in the potential well. The number of these electrons can be large, especially if the semiconductor with the high energy bandgap is intentionally doped with don’t impurities. Near the surface of the heterojunction and within the potential well, a two-dimensional electron system (2DES) is formed. This separates the electrons from their donors and achieves ana arrangement where all Coulomb force, repulsion between electrons and attraction between electrons and donors, help electron movement and provide high conductivity mobility. This structure is classified as Type-I heterojunctions. Following wet chemical etching is investigated both classical and digital specifically for the In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP device. In wet chemical etching a solution is deposited at a sample, where oxidization and unoxidization chemical reactions take place. The oxidized products are the ones that are detached from the sample, etching the sample. The difference between classical and digital wet chemical etching is the fact that in digital the 2 different chemical reactions take place in different steps with different solutions, where in classic both of the reactions take place at the same time. Review of the existing literature on Ohmic contacts including their properties and materials is provided. Ohmic contacts are an important component in III-V transistors as the provide a low resistance connection between the transistor and the external circuit. In this diploma thesis the ohmic contacts that were used on the device were from nickel, germanium and gold and these were researched upon. Self-consistent calculations were executed by software to simulate the device operation. These calculation use Schrodinger-Poisson equations until the potential convergences. The devices that were first researched were device with the following sequence of layers: 200 angstroms of InAlAs Schottky layer, 60 Angstroms Si-doping layers in InAlAs, 30 Angstroms InAlAs spacer Layer, 300 Angstroms InGaAs channel on a 4000 Angstroms InAlAs buffer layer. Several simulations took place where the amount of doping in each device was changed from 6 *1018 to 7*1018 cm-3. These simulations show a particular correlation between the different energy sub bands in the channel. To be more precise, the total population of electrons in all devices was declining linear to the applied voltage, but the sub bands did not follow this linear behavior throughout the operation. By applying more voltage in some cases, the lower sub bands were completely unoccupied but the total population was still linear to the voltage, in that case the level of population decline of existing sub bands was increased. This phenomenon was monitored and will be further investigated in future research. In this round of simulations, a change was made to the thickness of the Schottky layer to simulate a device that had already been fabricated but modified with wet chemical etching at the top level prior to the gate recess. The device consisted of the following layers: 40 nanometers InAlAs Schottky layer, 35 Angstroms Si-doping layer in InAlAs (10 monolayers), 3 nanometers of InAlAs spacer layer, 50 nanometers InGaAs channel on a 100 nanometers InAlAs buffer layer with a doping level of 3*1018 cm-3. During the research a parasitic phenomenon was observed, a parallel to the channel conductive level in the Schottky layer. This conductive level can make harder for the gate of the device to modulate the channel. The simulation results showed that at a certain thickness of Schottky layer the parasitic conductive disappeared, without the device fabrication. Experimental data obtained from Shubnikov-de Haas measurements, conducted at the James Watt nanoelectronics research center, were comparted to these simulations. The Shubnikov-de Haas effect is an oscillatory phenomenon in the resistance of a material as function of a magnetic field. Electrons approaching the Fermi level due to the high magnetic field applied collide with conductivity electrons increasing the resistivity of the system. These measurements confirmed the previously mentioned hypothesis. Atomic force microscopy was then performed on the devices to further investigate the quality of the wet chemical etch and the development of the Hall bar. The Atomic force microscopy (AFM) is a type of imaging technique used to visualize and study the surface of materials at the nanoscale. It works by using a very fine probe, in this case made of silicon nitride, to scan the surface of a sample and measure forces between the probe and the sample atoms. The probe is attached to a cantilever, which is sensitive to the forces exerted by the sample, and the deflection of the cantilever is used to generate an image of the sample surface. The AFM used was a Brucker Dimension Icon provided to us by the Chemical Engineering Department at the University of Patras. Hall bar is a geometry commonly used in microelectronics applications for the measurement of specific resistivity of a material. Shubnikov-de Haas measurements using a Hall bar is used to extract data about the concentration of conduction electrons of each occupied energy level of the two-dimensional electron system of the heterojunction. In conclusion, this thesis provides a comprehensive understanding of the design and electrical characterization of shallow heterostructures made from In0.53Ga0.47As/In0.52Al0.48As/InP. The results of the study show the inner workings of these devices and showcase optimization achieved through wet chemical etching, which can be implemented to further develop these crucial components. Additionally, the findings leave room for further research. 2023-03-09T06:58:40Z 2023-03-09T06:58:40Z 2023-03-08 https://hdl.handle.net/10889/24734 el application/pdf |
