Análisis de efectos de carga superficial en nanodispositivos semiconductores modelizados mediante simulaciones Monte Carlo

Resumen

En los últimos años se han fabricado nuevos dispositivos nanométricos con geometrías ingeniosas basados en heteroestructuras AlInAs/InGaAs de alta movilidad, en donde los electrones se mueven balísticamente guiados por formas, fronteras u obstáculos. En esta línea encontramos las uniones de tres terminales en forma de T y de Y (TBJs y YBJs) y el diodo unipolar rectificador, denominado diodo autocunmutante (SSD). Estos dispositivos balísticos semiconductores capaces de funcionar a temperatura ambiente y a altas frecuencias, con poco consumo y bajo ruido, son la referencia de las Telecomunicaciones (analógicas/digitales) a THz en un futuro inmediato. Para el modelado físico de los nanodispositivos usamos un simulador Monte Carlo bidimensional que contiene todos los componentes necesarios (mecanismos de scattering, presencia de dieléctricos y carga superficial, y geometrías “arbitrarias”). Al reducir el tamaño de los dispositivos, la relación superficie/volumen aumenta, por ello los efectos superficiales son decisivos en el comportamiento del dispositivo. El tema principal de estudio de este trabajo ha sido analizar el papel y la influencia de la carga superficial en las características de salida. Hemos propuesto un nuevo modelo en el que el valor de la carga superficial se adapta auto-consistentemente con la dinámica de los portadores en las proximidades de la superficie. Se ha estudiado la dependencia con la anchura de la rama vertical de la forma parabólica del voltaje del fondo de la rama central de TBJs. También analizamos la influencia del tamaño de la rama horizontal. Se han presentado algunos resultados de respuesta en frecuencia (rectificación, dobladores de frecuencia, detección de fase). Hemos utilizado nuestro modelo para explicar la física de la rectificación en un SSD analizando y discutiendo la dependencia con la topología tanto de la respuesta ac como del espectro del ruido, para proporcionar indicaciones de diseño y así mejorar sus prestaciones como detector de señales.