Transistor à effet de champ, à hétérojonction et grille isolée : fabrication et étude de SISFET GaAs-AlGaAs et GaAs-GaInAs-AlGaAs
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This work is devoted to the study of Semiconductor Insulator Semiconductor Field Effect Transistors (SISFET), a promising device for integrated circuits, since very good threshold voltage control and uniformity can be obtained, and it should be possible to realize complementary circuits. During this work we have for the first time successfully grown and processed pseudomorphic GaAs/GalnAs/A1GaAs SISFET. From electrical measurements and modelling the residual doping level, and the effective barrier height of the A10. 4Ga0. 6As barrier layer has been deduced. Photoluminescense measurements have been performed on the pseudomorphic structures in order to determine the Indium content of the GainAs layer. A self-aligned technology has been established in order to fabricate high performance devices. The process includes first an anisotropic etch of the gate using Reactive Ion Etching. Next a silicon nitride sidewall is formed. A self-aligned ion implantation followed by rapid thermal annealing is used to form highly doped source and drain contacts. DC characterizations are presented. For 1µm SISFETs state-of-the-art results have been obtained, with a transconductance of 240 mS/mm. The transconductance of the pseudomorphic SISFET is even higher with a maximum value of 273 mS/mm. Our SISFET's have a source resistance of only 0. 16 Ωmm which is the lowest ever reported. A very good on-wafer threshold voltage uniformity has been obtained with a standard deviation of only 11mV for the conventional SISFETs. Hot electron effects have been observed and are discussed. We show that this induces a negative differential resistance regime in the the drain current characteristics
Abstract FR:
Ce travail est consacré à l'étude de transistors à effet de champ à grille isolée et à hétérojonction "SISFET". Ce dispositif est attrayant pour la réalisation de circuits intégrés rapides à haute densité, car une excellente uniformité des tensions de seuil peut être obtenue et des circuits complémentaires à faible consommation pourraient être aisément fabriqués. Nous avons pour la première fois réussi à fabriquer des SISFET "pseudomorphiques" GaAs/GalnAs/A1GaAs. La teneur en indium du canal contraint GaInAs a été déterminée à partir de mesures de photoluminescence à 4K. Des mesures électriques confrontées à un modèle classique de la structure nous ont permis de déduire la charge d'espace et la hauteur de barrière effective de la couche de A10. 6Ga0. 4As isolante. Une technologie auto-alignée a été mise au point avec pour l'objectif la réalisation de transistors de hautes performances. Le procédé de fabrication inclut une gravure sèche (RIE) de la grille GaAs; ensuite un espaceur en nitrure de silicium est déposé sur les flancs du mesa de grille par PECVD et RIE; les contacts de source et drain sont formés par implantation ionique et recuit flash. Pour des longueurs de grille de 1µm, des résultats au meilleur niveau mondial ont été obtenus avec des transconductances de 240 mS/mm et 273 mS/mm pour les SISFET conventionnels et pseudomorphiques respectivement. L'uniformité des tensions de seuil est excellente, avec un écart-type égal à seulement 11 mV pour les SISFET conventionnels. Des effets d'électrons chauds ont été observés et sont discutés en détail. Nous montrons que ces effets induisent un régime de résistance différentielle négative dans les caractéristiques I(V) de drain.