Compact Modeling of Schottky Barrier and Reconfigurable Field-Effect Transistors

Abstract

Els transistors d'efecte de camp de barrera Schottky (SBFET) i altres dispositius basats en la formació de barrera Schottky són una tecnologia estable però també de nínxol en aplicacions electròniques. Tot i això, els SBFET i altres dispositius basats en aquesta tecnologia segueixen sent prometedors per a un ampli espectre d'aplicacions futures. Si bé en investigacions recents s'ha demostrat que els SBFET són un bon candidat per a aplicacions de temperatura criogènica profunda, actualment s'estan investigant nous tipus de dispositius com ara el transistor d'efecte de camp reconfigurable (RFET), que utilitza i millora diverses característiques dels SBFET. En aquest treball es desenvolupa un model compacte analític, i de base física, que es fa servir per calcular el corrent DC dels SBFET. El model compacte es presenta amb diferents variacions i es pot utilitzar per a aplicacions a temperatura ambient i temperatura criogènica profunda. El model es pot aplicar a SBFET convencionals així com a RFET programats. A més, el model compacte de DC inclou diversos efectes de segon ordre, com la resistència del canal als RFET i l'efecte de la cua de banda a temperatures criogèniques profundes. La verificació del model es fa a partir de mesures dels dispositius i de simulacions numèriques TCAD, realitzades amb TCAD Sentaurus.

Los transistores de efecto de campo de barrera Schottky (SBFET) y otros dispositivos basados en la formación de barrera Schottky son una tecnología estable pero también de nicho en aplicaciones electrónicas. Sin embargo, los SBFET y otros dispositivos basados en esta tecnología siguen siendo prometedores para un amplio espectro de aplicaciones futuras. Si bien en investigaciones recientes se ha demostrado que los SBFET son un buen candidato para aplicaciones de temperatura criogénica profunda, actualmente se están investigando nuevos tipos de dispositivos como el transistor de efecto de campo reconfigurable (RFET), que utiliza y mejora varias características de los SBFET. En este trabajo se desarrolla un modelo compacto analítico, y de base física, que se utiliza para calcular la corriente DC de los SBFET. El modelo compacto se presenta con diferentes variaciones y se puede utilizar para aplicaciones a temperatura ambiente y a temperatura criogénica profunda. El modelo se puede aplicar a SBFET convencionales, así como a RFET programados. Además, el modelo compacto de DC incluye varios efectos de segundo orden, como la resistencia del canal en los RFET y el efecto de la cola de banda a temperaturas criogénicas profundas. La verificación del modelo se realiza a partir de medidas de los dispositivos y de simulaciones numéricas TCAD, realizadas con TCAD Sentaurus.

Schottky barrier field-effect transistors (SBFETs) and other devices based on Schottky barrier formation are a stable but also a niche technology in electronic applications. However, SBFETs and other devices based on this technology are still promising for a wide spectrum of future applications. While in recent research SBFETs have been proven to be a good candidate for deep cryogenic temperature applications, new type of devices like the reconfigurable field-effect transistor (RFET) which use and improve several characteristics of SBFETs are currently under investigation. In this work a physics-based and closed-form compact model is derived which is used to calculate the DC current of SBFETs. The presented compact model comes with different variations and can be used for room temperature and for deep cryogenic temperature environmental applications. The model can be applied to regular SBFETs, as well as to programmed RFETs. In addition, the DC compact model includes several second order effects like channel resistance in RFETs and the band tail effect at deep cryogenic temperatures. The model verification is done on measurements of the devices and on numerical TCAD simulations, performed with TCAD Sentaurus.