Estudo do comportamento de transistores de efeito de campo de alta mobilidade de elétrons (MISHEMT) operando em diferentes temperaturas. - Perina, Welder Fernandes (2025)
Neste trabalho foi analisado o comportamento dos Transistores de Alta Mobilidade de Elétrons de Metal-Isolante-Semicondutor (MISHEMTs), por meio de análise dos parâmetros elétricos extraídos experimentalmente, e simulações, operando em temperaturas de 200 K até 450 K, variando o comprimento de porta de 200 nm até 900 nm. Seu funcionamento é baseado na criação de uma região chamada de gás de elétrons bidimensional (2DEG), que possui alta densidade de elétrons com elevada mobilidade e é causada pela junção de 2 materiais com bandas proibidas diferentes. Porém, além da condução de corrente por esta região, na porta do transistor há uma estrutura MOS que contribui com a condução total de corrente do dispositivo. A análise dos dados experimentais via, parâmetros elétricos dos dispositivos, mostrou a contribuição de dois mecanismos de condução diferentes: um chamado de condução MOS (Metal-Óxido-Isolante) e outra de condução HEMT (Transistor de Alta Mobilidade de Elétrons) ou 2DEG. A participação de dois mecanismos de condução diferentes nos dispositivos torna-se mais evidente através das variações na tensão de limiar (VTH) e na transcondutância (gm), que afetam o dispositivo significativamente, principalmente a partir da temperatura de 350 K. Ao analisar a influência da alta tensão de dreno (VDS) no dispositivo, foi observada grande influência na inclinação de sublimiar e na razão ION/IOFF aparentando uma melhora nos parâmetros em que o oposto que é esperado, e esse comportamento é explicado pelas relações de correntes dos terminais do dispositivo. Apesar disso foram apresentados valores de DIBL entre 25 mV/V e 65 mV/V. Em seguida foram realizadas simulações a fim de estudar melhor o efeito rebote observado no VTH do dispositivo onde se observou que as armadilhas de interface são a principal responsável. Segundo a literatura, estes tipos de dispositivos são projetados para operarem em aplicações analógicas, portanto, o estudo de alguns parâmetros analógicos como frequência de ganho unitário (ft) e ganho intrínseco de tensão (AV) também foram realizados. A gm em saturação em 200 K apresentou uma variação de apenas 16% ao dobrar o comprimento de canal (400 nm até 800 nm) mostrando baixa dependência com o comprimento de porta do dispositivo. As múltiplas conduções do MISHEMT causam um efeito na curva de saída do dispositivo chamado de MH Kink neste trabalho, que torna possível observar a influência da tensão de porta nas múltiplas conduções presentes no dispositivo de estudo. Quanto à influência da temperatura em parâmetros analógicos, a ft aumenta de 800 MHz (450 K) até 1,8 GHz (200 K) enquanto que o AV se comporta de maneira oposta indo de 43 dB (450 K) até 38 dB (200 K). Por fim, é feita a comparação do comportamento de parâmetros analógicos de um MISHEMT com um MOSFET fabricado em estrutura de GaN. Neste estudo notou-se que o MOSFET apresenta uma corrente elétrica cerca de 4 vezes menor que do MISHEMT, e uma faixa de operação de tensão entre 0 V a 2 V, enquanto que no MISHEMT essa faixa é entre -6 V a 0 V. No entanto, o MOSFET estudado apresentou um comportamento de histerese (inicialmente de 0,25 V) que acaba deslocando o VTH após cada medida feita em sequência até chegar em um certo limite, porém o efeito de histerese diminui também a cada medida sequencial.