Halbleiterbauelemente können u.a. mit folgenden Simulationsmethoden charakterisiert werden:
Abbildung 5.1: Möglichkeiten der Bauelementcharakterisierung nach [108].
Auch mit relativ einfachen Simulationswerkzeugen können interessante Ergebnisse erzielt werden. Die Qualität der Simulationsergebnisse wird schließlich immer durch den Vergleich mit experimentellen Daten bestimmt. Einige der in Abbildung 5.1 genannten Simulationsmethoden wurden auch im Rahmen dieser Arbeit verwendet, um das Bauelement HFET zu analysieren. Dabei wurde der Einfluß verschiedener Parameter untersucht, um die Kalibrierung des Simulators MINIMOS NT zu erleichtern und zu beschleunigen. Zum anderen wurden mit Hilfe dieser Simulationsmethoden Parameter extrahiert, die zur Verbesserung oder Ergänzung der verwendeten Modelle dienten.
Zunächst wurde ein eindimensionales Simulationsprogramm verwendet, das die SCHRÖDINGER- und die POISSON-Gleichung selbstkonsistent löst (SPS) und neben dem Verlauf der Leitungsbandkante unter dem Gate und den Wellenfunktionen (s. a. Kapitel 2) auch das statische Ladungsträgerverhalten und die Charakteristik der Gatekapazität in Abhängigkeit von der Gatespannung liefert. Die berechneten C-V Charakteristiken wurden mit entsprechenden Messungen verglichen und zeigten eine sehr gute Übereinstimmung mit den Meßwerten. Im nächsten Schritt wurde ein quasi-zweidimensionales Simulationsprogramm (HELENA) verwendet, das neben DC- und AC-Charakteristiken auch Kleinsignal-Ersatzschaltbild-Parameter und sogar Rausch- und S-Parameter ermittelt. Dieses Programm wurde durch direkten Vergleich mit Meßwerten getestet und diente dann im wesentlichen dazu, die Sensitivität der Simulationsergebnisse bezüglich der Variation einzelner Bauelementparameter zu untersuchen. Damit konnten bereits wichtige Hinweise für die Weiterentwicklung des HFET-Prozesses gegeben werden. Schließlich wurde auch ein MONTE CARLO Simulator für Heterostrukturen verwendet, der zur Verbesserung des Beweglichkeitsmodells beitragen konnte (s.a. Kapitel 3).
Die wichtigsten Ergebnisse dieser Vorstudien werden in den folgenden Abschnitten zusammengefaßt und bieten einen sehr guten Überblick über die Funktion eines HFET und sein Verhalten hinsichtlich Parametervariationen. Die Abschnitte zeigen, daß bereits relativ einfache Simulationsprogramme in der Lage sind, wichtige Erkenntnisse für die Bauelemententwicklung oder -charakterisierung zu liefern. Sie zeigen aber auch die Grenzen solcher einfachen Simulatoren sehr deutlich und damit den Bedarf an hochentwickelten zweidimensionalen Simulatoren wie MINIMOS NT.