Die vorliegende Arbeit hatte zum Ziel, für die Entwicklung des Bauelementsimulators MINIMOS NT einen wichtigen Beitrag zu liefern und diesen durch die Analyse verschiedener Heterostrukturbauelemente, die Implementierung von Modellen und schließlich durch Verifikation der Simulationsergebnisse zu verbessern.
In den vorangegangenen Kapiteln wurden daher Heterostruktur FETs mit verschieden Simulationsmethoden und anhand von Messungen analysiert. Dabei wurden ausschließlich Bauelemente auf der Basis von Elementen aus der III. und V. Hauptgruppe des Periodensystems (GaAs, AlxGa1-xAs, InyGa1-yAs) untersucht. Ganz allgemein sind Verbindungen aus Halbleitern der III. und V. Hauptgruppe in den vergangenen Jahren immer bedeutender geworden. Die Variabilität dieser Bauelemente und ihre Anwendbarkeit bis in den Bereich der Höchstfrequenztechnik hinein machen sie nicht nur für die Forschung, sondern auch für die kommerzielle Bauelementfertigung attraktiv. Die Weiterentwicklung von Bauelementen auf GaAs- oder auch InP-Basis ist jedoch mit einem hohen Aufwand an Geld und Zeit verbunden. GaAs ist teuer und jede Versuchscharge verursacht erhebliche Kosten. Aber es ist auch der Faktor Zeit, der eine Weiterentwicklung mikroelektronischer Bauelemente erschwert. Die Prozessierung eines Wafers kann durchaus sechs bis acht Wochen dauern und erst nach dieser Zeit wird klar, ob die Idee einer neuen Struktur die Erwartungen erfüllt und ob sich eine Weiterentwicklung in der eingeschlagenen Richtung lohnt. In diesem Sinn ist die Entwicklung eines Simulationsprogramms für Heterostruktur-Bauelemente ein wichtiges Ziel um die Entwicklungszeiten und -kosten für diese Bauelemente zu verringern.
Während am Institut für Mikroelektronik der TU Wien die erste Version des zweidimensionalen, hydrodynamischen Simulators MINIMOS NT entwickelt wurde [47], wurden im Rahmen dieser Arbeit verschiedene Meß- und Simulationsverfahren angewendet, um das Verhalten von DH-HFETs zu studieren. Dabei wurde festgestellt, daß verschiedene Bauelementparameter auf einem Wafer erheblich variieren und daher Messungen an nominell identischen Bauelementen an verschiedenen Positionen auf einem Wafer zu sehr unterschiedlichen Meßergebnissen führen können. Ursache dieser Parametervariationen sind hauptsächlich die bei der Prozessierung angewandten Ätzschritte, die der Oberflächenstrukturierung dienen. Diese Ätzprozesse können über einem Wafer nur schwer kontrolliert werden und führen daher zu den genannten Parameterschwankungen. Die Konsequenz dieses Ergebnisses ist, daß eine Vorhersage von Meßergebnissen durch Simulationen nur im Rahmen der Herstellungsgenauigkeit der Bauelemente möglich ist. Abweichungen zwischen Simulation und Messung bedeuten nicht sofort eine Disqualifikation des Simulators, sondern können durchaus auch ihre Ursache in der Technologie haben.
Die erste Version von MINIMOS NT beinhaltete neben dem Gleichungssatz für den hydrodynamischen Formalismus noch fast keine physikalischen Modelle. Außerdem war zunächst ein vereinfachtes Mobilitätsmodell implementiert. Mit Hilfe von MONTE CARLO Simulationen wurden im Rahmen dieser Arbeit die Nullfeldbeweglichkeiten und Sättigungsgeschwindigkeiten des Beweglichkeitsmodells auf unterschiedliche Materialien und Dotierstoffkonzentrationen erweitert. Diese Maßnahme brachte bereits eine wesentliche Verbesserung der Simulationsergebnisse.
Weiterhin stellte sich das auf Konsistenz mit der hydrodynamischen Formulierung erweiterte und in MINIMOS NT implementierte Generations-/Rekombinationsmodell auf der Basis des konventionellen Modells von SHOCKLEY, READ und HALL [58, 119] als äußerst wichtig für die Anpassung der Simulationsergebnisse an Meßergebnisse heraus. Es konnte gezeigt werden, daß tiefe Störstellen - genauer gesagt, die vom Al-Gehalt einer dotierten AlxGa1-xAs-Schicht abhängigen, sogenannten DX-Zentren [112] - maßgeblich für das Sättigungsverhalten des Drainstroms bei Variation der Gatespannung, also der Transferkennlinie, verantwortlich sind. Ein Beitrag zum Drainstrom bei Erhöhung der Drainspannung (Kinkeffekt) konnte dagegen nicht nachgewiesen werden. Zudem wurde gezeigt, daß auch Oberflächenzustände einen sehr ähnlichen Einfluß auf die Transferkennlinie eines DH-HFET haben.
Die hier vorgestellten Simulationen und Vergleiche mit Messungen an entsprechenden Bauelementen haben gezeigt, daß MINIMOS NT mit den implementierten Modellen durchaus bereits in der Lage ist, eine sehr gute Übereinstimmung von Simulation und Messung vorzuweisen, sofern man eventuelle Parametervariationen des betrachteten Bauelements berücksichtigt. Leider gelingt diese Übereinstimmung von Simulation und Messung derzeit noch nur für relativ einfache Strukturen. Bei komplizierteren Strukturen zeigt sich, daß der Simulator einige Effekte - wie z.B. den Bufferstrom - überbewertet, andere dagegen - wie der Kinkeffekt - gar nicht erst auftreten.
Insgesamt ist der zweidimensionale, hydrodynamische Simulator für Heterostruktur-bauelemente MINIMOS NT jedoch aufgrund der implementierten Modelle und seiner Simulationsergebnisse nicht zuletzt durch den Beitrag der vorliegenden Arbeit verbessert worden.