Download Modellistica non-lineare auto-consistente di transistori ad effetto di

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mobile che sono confinati in corrispondenza dell’etero-giunzione tra semiconduttori
caratterizzati da diversa EG [2.2, 2.3]. Il confinamento dei portatori di carica in una buca di
potenziale, da cui derivano proprietà assimilabili ad un gas bi-dimensionale di carica,
determina la formazione di un canale conduttivo ad elevata mobilità poiché situato in una
regione del materiale a EG minore ed è così fisicamente separato dal materiale in cui sono
invece presenti elementi donori ionizzati dovuti alla specie drogante (Figura 2-1). Le migliori
prestazioni rispetto ai predecessori di questi dispositivi (i FET – Field Effect Transistor)
derivano dalla forte riduzione dei fenomeni di scattering da impurezze consentendo il
trasporto soltanto in una regione planare parallela alla superficie del dispositivo. L’alta
velocità di trasporto assieme alla grande densità di portatori di carica derivante dal
disallineamento dei livelli energetici dei due diversi ma simili semiconduttori e ai grandi
campi di rottura, garantiscono la possibilità di operare in alta frequenza e alta potenza. Le
due principali etero-giunzioni attualmente in uso si compongono di GaAs-AlGaAs e GaNAlGaN.
Figura 2-1: Diagramma a bande nella regione di gate dell’etero-giunzione.
I transistori basati su etero-giunzione succedono ai loro predecessori, i transistori ad effetto
di campo (FET), il cui funzionamento si basa sulla modulazione della regione di svuotamento
che determina la variazione della conducibilità del semiconduttore che assolve la funzione di
canale per le cariche mobili. Nei transistori ad effetto di campo basati su etero-giunzioni
(HFET), come detto precedentemente, il canale viene indotto all’interfaccia tra diversi
semiconduttori in modo da beneficiare di maggiore confinamento dei portatori di maggiore
densità carica mobile. Questo nei FET si perseguiva attraverso l’incremento della
concentrazione di drogante nel materiale attivo con conseguente incremento dei fenomeni di
scattering e successiva riduzione della mobilità dei portatori di carica.
Un’etero-struttura è formata dal contatto di due semiconduttori con EG diverse e con costanti
reticolari compatibili in cui uno, caratterizzato da Egap elevata, assolve la funzione di “strato
barriera”, mentre l’altro semiconduttore a Egap minore costituisce il cosiddetto “strato canale”
o “buffer”. Come conseguenza della differenza dei livelli energetici, nel canale si inducono
cariche mobili confinate in uno spessore di materiale nell’ordine di alcuni nanometri e
comunque paragonabile alla lunghezza di De Broglie per quel materiale, così da avere livelli
elettronici quantizzati per le cariche. La banda di conduzione della barriera deve essere ad un
livello energetico maggiore rispetto alla banda di conduzione del buffer, in questo modo gli
elettroni sono confinati nel canale. Parametri importanti, come la discontinuità tra le bande di
conduzione e la mobilità elettronica, possono essere ottimizzati crescendo etero-strutture
con costanti reticolari diverse, utilizzando come strato barriera materiali come leghe ternarie
contenenti alluminio (o anche indio). È possibile realizzare etero-strutture molto raffinate,
con passaggi da un semiconduttore ad un altro con risoluzione atomica, per mezzo delle