كاهش اثرات خودگرمايي و بهبود در مشخصات ترانزيستور SOI-MESFET با استفاده از لايه SiC

Self heating effects reduction and improvement in characteristics of SOI-MESFETs by SiC layer

در اين مقاله يك ساختار جديد براي ترانزيستورهاي اثر ميدان نيمه هادي فلز سيليكون بر روي عايق (SOI MESFET ) پيشنهاد شده است. ساختار پيشنهادي شامل دو لايه اكسيد يكسان در دو طرف فلز گيت و هم چنين يك لايه از جنس سيليكون كاربيد است كه در ناحيه دريفت سيليسيوم تا زيرلايه از ميان اكسيد مدفون به عنوان يك مسير عبور حرارت قرار دارد. مشخصات DC و فركانس راديويي (RF) ساختار پيشنهادي از طريق شبيه سازي دو بعدي آناليز و با مشخصات SOI MESFET مرسوم (C-SOI MESFET) مقايسه شده است. نتايج بدست آمده نشان دهنده برتري ساختار پيشنهادي بر C-SOI MESFET است كه شامل ولتاژ شكست افزايش يافته، كاهش دماي شبكه، بهبود جريان عبوري و مشخصات RF بهبود يافته مي باشد. ناحيه اكسيد به علت تحمل ميدان الكتريكي بالايي كه دارد موجب افزايش ولتاژ شكست مي شود. ناحيه استفاده شده از جنس سيليكون كاربيد در داخل اكسيد مدفون، با جذب حرارت از ناحيه فعال و انتقال آن به زيرلايه، باعث كاهش چشم‌گير افزايش تغييرات دما با افزايش باياس گيت و درين مي شود. همچنين عملكرد RF افزاره بعلت اصلاح خازن هاي گيت-سورس و گيت-درين در ساختار پيشنهادي بهبود يافته است. بنابراين ساختار پيشنهادي مي‌تواند بعنوان يك گزينه مناسب براي استفاده در كاربردهاي توان بالا و فركانس بالا در نظر گرفته شود.

In this paper, a new structure for silicon on insulator metal semiconductor field effect transistors (SOI MESFET) is proposed. The proposed structure consists of two identical oxide layers on both sides of the gate metal as well as a layer of silicon carbide from the silicon drift area to the substrate between the buried oxide as a heat conduction path. The DC and radio frequency (RF) characteristics of the proposed structure are analyzed by two-dimensional simulation and compared with conventional SOI MESFET (C-SOI MESFET). The results show the superiority of the proposed structure over C-SOI MESFET, which includes increased breakdown voltage, reduced network temperature, improved current flow and RF characteristics. The oxide region increases the breakdown voltage due to its high electric field tolerance. The area used silicon carbide inside the buried oxide, by absorbing heat from the active area and transferring it to the substrate, significantly reduces the temperature changes by increasing the bias gate and drain. Also, the RF performance of the device has been improved due to the modification of gate-source and gate-drain capacitors in the proposed structure. Therefore, the proposed structure can be considered as a suitable option for use in high power and high frequency applications.