Experimental investigations of interface effects

in nano-metric active layer of gallium arsenide

metal-semiconductor field effect transistors

 

Investigations expérimentales des effets d’interfaces

dans la zone active nano-métrique

d’un transistor à effet de champ en arséniure de gallium

 

A. Khoualdia, Z. Hadjoub, A. Doghmane*

Laboratoire des Semi-conducteurs, Département  de Physique, Faculté des Sciences, Université Badji-Mokhtar,

Annaba, BP 12, DZ-23000 Algeria

* Corresponding author. E-mail: lsc_contact@yahoo.fr

Received: 14 October 2006; revised version accepted: 30 May 2007

 

Abstract 

     In this paper, we study the effects of depletion regions on both sides of the active layer on frequency dispersion of output conductance, gd, in a GaAs MESFET. We carried out an experimental investigation at different operating regime in the frequency range [10 Hz – 1 MHz]. At weak polarisations, the width of the conducting channel, b(x), is much larger than those of space charge regions w1(x) and w2(x) whose extensions do not exceed few nanometres; the output admittance dispersion remains negligible. Whereas, in the saturation regime when b(x) values become nano-metric, the gd(f) values undergo a very sharp initial increase leading to negative dispersion. This result indicates that the origins of the behaviour lie at the channel-substrate interface and not within the channel itself nor at the surface of the device, since the maximum dispersion occurs when the device is nearly “pinched off” at the drain end.

 

Keywords: GaAs MESFET; Interface effects; Nano-metric channel; Output conductance.

 

Résumé

     Dans cet article, nous étudions l’effet de la largeur de la couche active, b(x) sur la dispersion fréquentielle de la conductance de sortie, gd, dans un MESFET GaAs. Les mesures ont été effectuées à différents régimes de fonctionnement dans la gamme de fréquences [10 Hz – 1 MHz]. Aux faibles tensions de polarisation, la largeur  du canal conducteur est très grande devant celles des zones de charges d’espace w1(x) et w2(x) dont l’extension ne dépasse pas quelques nanomètres ; la dispersion fréquentielle de l’admittance de sortie reste négligeable. Par contre en régime de saturation, lorsque b(x) devient nanométrique, les valeurs de gd(f) subissent une forte augmentation en basse fréquence menant à une dispersion négative. Ce résultat indique que l’origine de ce comportement peut être attribué aux états localisés à l’interface canal/substrat et non au canal lui même ni à la surface du composant, du fait que la dispersion atteint son maximum lorsque le canal est presque pincé côté drain. 

 

Mots clés: GaAs MESFET ; Effet de la dispersion ; Couche active nanométrique ; Admittance de sortie

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