Воспроизведение эффекта «колена» в GaN HEMT посредством моделирования полем усиленной ионизации дефектов барьера

Эффект «колена», давно наблюдаемый в транзисторах с высокой подвижностью электронов на основе GaN (HEMT), исследован методом моделирования переноса горячих электронов на основе кинетики Ферми. В рамках кинетики Ферми в долинах зоны проводимости, определяемых электронной зонной структурой GaN, задаются кусочно-заданные распределения электронов Ферми—Дирака, а их поведение рассчитывается в соответствии с термодинамикой идеальных ферми-газов. Потоки заряда определяются из моментов уравнения Больцмана с учетом непараболической плотности состояний и групповых скоростей электронов, а также рассеяния на фононах и ионизированных примесях. Модель была дополнительно обобщена для учета усиленной электрическим полем туннельной ионизации глубоких ловушек. Сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными позволяет предположить, что эффект «колена» может быть вызван усиленной электрическим полем ионизацией глубоких ловушек барьера AlGaN, расположенных под затвором и вблизи границы раздела GaN/AlGaN. Дополнительное моделирование показывает, что горячие электроны могут играть ключевую роль как в эмиссии из ловушек, так и в процессах захвата ловушками.