Heterostruktur-Feldeffekttransistoren (HFETs) gehören zur Gruppe der in den letzten Jahren immer zahlreicher eingesetzten Heterostruktur-Bauelementen, die aufgrund ihrer guten Hochfrequenzeigenschaften fixer Bestandteil der industriellen Elektronik sind. Ihre Entwicklung schreitet rasch voran und Gate-Längen unter 250nm und Gate-Kanalabstände unter 30nm sind bereits Stand der Technik. Eine weitere Reduktion der Abmessungen, um noch bessere Hochfrequenzeigenschaften zu erzielen, wirft, abgesehen von den prozeßtechnischen Schwierigkeiten, neue Probleme im Entwurf dieser Bauelemente auf, da physikalische Effekte zum Tragen kommen, die bislang vernachlässigbar waren. Dies sind vor allem nicht-lokale Effekte, wie etwa der Velocity overshoot im Kanal, Tunneleffekte an den Schichtgrenzen und der Real-Space Transfer der Ladungsträger.
Für die Weiterentwicklung von HFETs gewinnt daher die Bauelementsimulation immer mehr an Bedeutung. Mit ihrer Hilfe können die nicht-lokalen Effekte und deren Auswirkungen gezielt untersucht werden. Der Bauelementsimulator MINIMOS-NT wurde als flexibles Werkzeug zur Simulation von HFETs entwickelt. Er ist in der Lage, die komplexe Struktur dieser Transistoren zu analysieren und die entsprechenden physikalischen Modelle automatisch für die Simulation auszuwählen. Bei der Behandlung der nicht-lokalen Effekte kommt der Modellierung der Grenzflächen zwischen den Schichten der Heterostrukturen eine besondere Bedeutung zu. Es wurden daher unterschiedliche Grenzflächenmodelle für die Behandlung von Heteroübergängen entwickelt und implementiert.
Um den Real-Space Transfer der Ladungsträger vom Kanal in die benachbarte Schichten zu berücksichtigen, wurde ein Modell für die thermionische Emission implementiert. Zur Berechnung der dafür notwendigen Ladungsträgertemperatur konnte auf ein bereits vorhandenes hydrodynamische Modell zurückgegriffen werden. Für die Kontaktierung des Kanals ist zusätzlich zum Real-Space Transfer das Tunneln der Ladungsträger durch die Heterobarriere wesentlich. Mit Hilfe eines Modells für die thermionische Feldemission kann dieser Effekt berücksichtigt werden.
Damit aufgrund der Grenzflächenmodelle der Rechenaufwand nicht zu groß wird, ist eine sorgfältige Implementierung notwendig. Im Bauelementsimulator werden die diskretisierten partiellen Differentialgleichungen aus Einzelteilen zusammengesetzt, die von sogenannten Modellfunktionen zur Verfügung gestellt werden. Dieses Konzept kann für die Implementierung der Grenzflächenmodelle genutzt werden und erlaubt eine selektive Steuerung der Beiträge dieser Modelle und damit auch des Rechenaufwands.
Die Simulation zweier unterschiedlicher HFETs, die als repräsentativ für den derzeitigen Stand der Entwicklung angesehen werden können, zeigt, daß den Grenzflächenmodellen entscheidende Bedeutung für die Simulation dieser Bauelemente zukommt. Eine Beschreibung der Eigenschaften von HFETs mit einer Genauigkeit, die für eine weiterführende Entwicklung ausreichend ist, könnte ohne geeignete Grenzflächenmodelle nicht erzielt werden.