نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 الکترونیک/ دانشکده مهندسی برق/ دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 الکترونیک/دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

10.30501/jamt.2021.249841.1125

چکیده

طراحان سیستم روی تراشه‌های جدید سعی در گنجاندن ملزومات بیشتری در طراحی بلوک‌های ساختاری دارند تا مدارهای مجتمع دیجیتالی قابل اطمینان با چگالی بالا، سرعت کلیدزنی بالا و توان مصرفی پائین ارائه دهند. در این مقاله، افزاره جدیدی به‌نام دیود اثر میدانی با تحرک الکترونی بالا (HEMFED) بر پایه AlGaN/GaN با موفقیت طراحی شده است. به منظور جلوگیری از نشت لایه بافر GaN و کاهش تأثیر مخرب تله‌های این لایه بر روی رفتار انتقالی گاز الکترون دو بعدی (2-DEG)، یک لایه جداساز AlN در ساختار ناهمگون به کار رفته است. ساختار پیشنهادی، نسبت جریان روشن به خاموش (ION/IOFF) را تا 107×88/4 برابر نسبت به همتای ترانزیستور با تحرک الکترونی بالا (HEMT) بر پایه AlGaN/GaN، 108×20/8 برابر نسبت به همتای ترانزیستور اثر میدانی فلز-اکسید-نیمه‌هادی (MOSFET)، و 104×05/9 برابر نسبت به همتای دیود اثر میدانی (FED) بر پایه Si در ولتاژ تغذیه V 8/1 بهبود می‌دهد. این برتری ناشی از برقراری یک میدان الکتریکی قوی به میزان kV/cm 800 در ناحیه 2-DEG ساختار ناهمگون پیشنهادی وتسریع حرکت حامل‌های الکترون صفحه‌ای در کانال می‌باشد. از این‌رو، این افزاره در کاربردهای دیجیتالی سرعت بالا و توان مصرفی پایین قابلیت استفاده دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Design and Simulation of AlGaN/GaN High Electron Mobility Field-Effect Diode

نویسندگان [English]

  • Negin Manavizadeh 1
  • Tara Ghafouri 2
  • Matineh Hosseini 2

2 Faculty of Electrical Engineering/ K. N. Toosi University of Technology

چکیده [English]

Modern system-on-chip (SoC) designers are trying to include more considerations in designing building blocks to present reliable integrated digital circuits as well as high-density, high-speed, and low-power ones. In this paper, an innovative device so-called High Electron Mobility Field-Effect Diode (HEMFED) is successfully designed based on AlGaN/GaN. To prohibit leakage of GaN buffer layer and weaken the impact of the buffer traps on electrical transport properties of two-dimensional electron gas (2-DEG), AlN spacer layer is embedded in the heterostructure. The proposed structure enhances ION/IOFF ratio up to 4.88×107 times compared to the AlGaN/GaN High Electron Mobility Field-Effect Transistor (HEMT) counterpart, 8.20×108 times compared to the Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET) counterpart, and 9.05×104 times compared to the Si Field-Effect Diode (FED) counterpart, at a supply voltage of VDD=1.8 V. This superiority of the proposed device is referred to the formation of a strong electric field of 800 kV/cm in 2-DEEG and the precipitation of electron sheet carriers in the channel. Accordingly, the proposed device can be utilized in high-speed and low-power digital applications.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High Electron Mobility Field-Effect Diode (HEMFED)
  • ION/IOFF ratio
  • Heterojunction
  • buffer layer
  • Leakage