Your browser does not support JavaScript!

Αρχική    Investigation of drain noise in high electron mobility transistors through On-Wafer characterization and modelling  

Αποτελέσματα - Λεπτομέρειες

Προσθήκη στο καλάθι
[Προσθήκη στο καλάθι]
Κωδικός Πόρου 000450092
Τίτλος Investigation of drain noise in high electron mobility transistors through On-Wafer characterization and modelling
Άλλος τίτλος Έρευνα θερμικού θορύβου στα τρανζίστορ υψιλής κινητικότητας ηλεκτρονίων ΗΕΜΤ χαρακτηρισμού σε πλακίδια ημιαγωγών και μοντελοποίησης
Συγγραφέας Gabritchidze, Bekari I.
Σύμβουλος διατριβής Ηλιόπουλος, Ελευθέριος
Μέλος κριτικής επιτροπής Minnich, Austin
Cleary, Kieran
Δεληγιώργης, Γεώργιος
Παυλίδου, Βασιλική
Κομίνης, Ιωάννης
Γεωργακίλας, Αλέξανδρος
Περίληψη Ο θόρυβος στα τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων (ΗΕΜΤ) παράγεται από μικρές διακυμάνσεις ρεύματος ή τάσης και αποδίδονται στη διακριτή φύση του ηλεκτρικού φορτίου. Οι διακυμάνσεις αυτές καθορίζουν το κατώτερο όριο του ηλεκτρικού σήματος που μπορεί να ενισχυθεί από ένα ΗΕΜΤ χωρίς σημαντική απώλεια στην ποιότητα του σήματος. Η κατανόηση και ο μετριασμός αυτών των διακυμάνσεων είναι ως εκ τούτου σημαντικό· ειδικά στη ράδιο αστρονομία και στους κβαντικούς υπολογιστές, όπου τα ολοκληρωμένα κυκλώματα, βασισμένα σε ΗΕΜΤ χρησιμοποιούνται συνεχώς για την ανίχνευση αδύναμων σημάτων θορύβου παρόμοιου μεγέθους και στατιστικών χαρακτηριστικών όπως αυτών σε που εισάγονται από τα ίδια τα ΗΕΜΤ. Ο θόρυβος στα ΗΕΜΤ, κυρίως σε συχνότητες μικροκυμάτων και μιλιμετερ κυμάτων μελετάται ως θερμικός ή θόρυβος Johnson - Nyquist και υπό παρουσία ρευμάτων διαρροής και ως θόρυβος shot. Αυτές οι δύο πηγές θορύβου σε συνδυασμό με μικρό μοντέλο σημάτων (SSM) χρησιμοποιούνται για τον χαρακτηρισμό και τη μοντελοποίηση του θορύβου. Η μοντελοποίηση πραγματοποιείται με τη χρήση αντιστάσεων της συσκευής και των αντίστοιχών θερμοκρασιών περιβάλλοντος (Tph). Στα τέλη της δεκαετίας του 1980, ο Marian Pospieszalski εισήγαγε ένα μοντέλο θορύβου βασισμένο σε δύο μη συσχετισμένες πηγές θερμικού θορύβου που αποδίδονται στην αντίσταση πύλης (Rg) και στην αντίσταση(Rds) του αγώγιμου καναλιού του ΗΕΜΤ. Το Rg παράγει θερμικό θόρυβο που μπορεί να εξηγηθεί αν η φυσική θερμοκρασία του είναι Tph. Η αντίσταση καναλιού όμως Rds παράγει θόρυβο, σημαντικά μεγαλύτερο από αυτό που θα αναμενόταν για μια θερμική πηγή σε θερμοκρασία περιβάλλοντος Tph. Για να εξηγηθεί αυτός ο θόρυβος, αντί για Tph αποδίδουμε μια υψωμένη θερμοκρασία Td στο Rds και λέγεται θερμοκρασία αποστράγγισης. Το Td είναι συνήθως μια ή δυο τάξης μεγέθους μεγαλύτερη από το Tph και αντιμετωπίζεται ως παράμετρος προσαρμογής. Επειδή Td ≫ Tph, ο θόρυβος που παράγεται από το Rds είναι ο περιοριστικός παράγοντας για τον χαμηλότερο δυνατό θόρυβο στα ΗΕΜΤς, σε συχνότητες μικροκυμάτων και μιλιμετερ κυμάτων. Επομένως, η κατανόηση του φυσικού μηχανισμού που παράγει το Td και στη συνέχεια ο σχεδιασμός ΗΕΜΤ έτσι ώστε το Td → Tph είναι κεντρικό για την πρόοδο της ραδιο αστρονομίας. Σε αυτή την εργασία αναπτύξαμε ένα σύστημα μέτρησης θορύβου μικροκυμάτων και παραμέτρου σκέδασης (S-parameters) και βασίζεται σε έναν κρυογονικό σταθμό(cryogenic probe station, CPS). Αρχικά, χρησιμοποιήσαμε το CPS για να χαρακτηρίσουμε, ον-ωαφερ, τα Σ-παραμετερς και το θορύβου μικροκυμάτων (T50) των διακριτών ΗΕΜΤ βασισμένα σε τεχνολογίες GaAs και GaN. Ο χαρακτηρισμός έγινε υπό συνθήκες πολλαπλών τάσης(VDS) και θερμοκρασιών περιβάλλοντος από 40 Κ έως και 300 Κ. Στη συνέχεια, αναπτύξαμε SSM με βάση τα δεδομένα αυτά, έτσι ώστε να μοντελοποιήσουμε τα Σ-παραμετερς σε κάθε VDS και Tph. Έπειτα, για να δημιουργήσουμε το αντίστοιχο μοντέλο θορύβου αναθέσαμε το Tph στις αντιστάσεις του SSM. Τέλος, εξάγουμε το Td προσαρμόζοντας το μοντέλο θορύβου στο μετρημένο T50 σε κάθε VDS και Tph. Τα αποτελέσματα της έρευνάς μας δείχνουν ότι το Td ακολουθεί μία υπεργραμμική και υπό-γραμμική κλίση με το VDS για τα ΗΕΜΤ τεχνολογίας GaAs και GaN, αντίστοιχα. Η εξάρτηση του Td από το Tph είναι υπέρ-γραμμική και για τις δύο τεχνολογίες GaAs και GaN των ΗΕΜΤ. Για να εξηγήσουμε τα δεδομένα αυτά αναπτύξαμε ένα φυσικό μοντέλο για τη θερμοκρασία αποστράγγισης, όπου το Td προκύπτει λόγω ενός θερμικού παράγοντα που σχετίζεται με την αντίσταση του καναλιού και επιπλέον λόγω μεταφοράς(RST) των ηλεκτρονίων από το αγώγιμο κανάλι στο διπλανό επίστρωμα (το βαρριερ λαψερ). Με βάση το μοντέλο αυτό διαπιστώνουμε ότι το Td κυριαρχείται από το φυσικές θερμοκρασίες ηλεκτρόνιων για Tph κάτω από 100 Κ, ενώ στους 300 Κ το RST μπορεί αντιπροσωπεύει πάνω από το 60% του συνολικού Td. Το μοντέλο μας δείχνει ότι το Td μπορεί να μειωθεί βελτιώνοντας τον περιορισμό των ηλεκτρονίων στο κβαντικό πηγάδι και συνεπώς μειώνοντας τη συνεισφορά του RST. Με βάση αυτή την ανακάλυψη, η θερμοκρασία θορύβου των ΗΕΜΤ αναμένεται να μειωθεί κατά ∼ 50% για τις συσκευές GaAs και έως ∼ 40% για τα GaN ΗΕΜΤ όταν αυτά λειτουργούν στα 300 Κ.
Φυσική περιγραφή vi, 107 σ. : πίν., σχήμ., εικ. (μερ. εγχρ.) ; 30 εκ.
Γλώσσα Αγγλικά
Θέμα Cryogenic characterization
Cryogenics
Drain noise
HEMTs
Low noise amplifiers
Real-space transfer
Ενισχυτές χαμηλού θορύβου
Θερμικός θόρυβος
Κρυογενικά
Κρυογενικός χαρακτηρισμός
Φυσική μεταφορά ηλεκτρονίων
Ημερομηνία έκδοσης 2022-10-10
Συλλογή   Σχολή/Τμήμα--Σχολή Θετικών και Τεχνολογικών Επιστημών--Τμήμα Φυσικής--Διδακτορικές διατριβές
  Τύπος Εργασίας--Διδακτορικές διατριβές
Εμφανίσεις 498

Ψηφιακά τεκμήρια
No preview available

Δεν έχετε δικαιώματα για να δείτε το έγγραφο.
Δεν θα είναι διαθέσιμο έως: 2024-10-10