Modelado de estructuras Schottky y de transistores MOSFET con contactos de fuente y drenador metálicos para aplicaciones de alta frecuencia

FACULTAD & CIENCIAS

Departamento & Física Aplicada





Modelado de estructuras Schottky y
de transistores MOSFET con contactos
de fuente y drenador metálicos para
aplicaciones de alta frecuencia




Tesis Doctoral

Elena Pascual Corral



Salamanca, 2010

FACULTAD & CIENCIAS

Departamento & Física Aplicada



Modelado de estructuras Schottky y
de transistores MOSFET con contactos

de fuente y drenador metálicos para

aplicaciones de alta frecuencia



Memoria presentada por
Elena Pascual Corral
para optar al grado de
Doctor en Ciencias Físicas



Fdo. Elena Pascual Corral
Salamanca, Mayo de 2010

María Jesús Martín Martínez y Raúl Rengel Estévez, Profesores Titulares
de Universidad del Área de Electrónica de la Universidad de Salamanca,




AUTORIZAN,

La presentación del trabajo de investigación que se recoge en la presente
Memoria, realizada por Dª Elena Pascual Corral para optar al Título de
Doctor por la Universidad de Salamanca, y que ha sido desarrollado en
su totalidad bajo su dirección en el Área de Electrónica del Departamento
de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca.



Salamanca, 1 de Mayo de 2010











María Jesús Martín Martínez Raúl Rengel Estévez
Profesor Titular de Universidad Profesor Titular de Universidad
Departamento de Física Aplicada Departamento de Física Aplicada
Universidad de Salamanca Universidad de Salamanca

Agradecimientos




Antes de comenzar la Memoria de esta Tesis Doctoral, quisiera agradecer de forma
sincera a aquellas personas que de un modo u otro contribuyeron al desarrollo de la misma:

A los directores de la presente Tesis, María Jesús Martín Martínez y Raúl Rengel
Estévez, por su capacidad de guiarme a lo largo de esta ardua tarea, mostrándome su constante
apoyo tanto científico como personal. Agradezco profundamente su disponibilidad, su gran
capacidad de trabajo, su rigor científico y su incansable dedicación, suponiendo para mí un
modelo a seguir tanto en el plano laboral como en el personal.

A todos los miembros del Área de Electrónica por el interés y la motivación que me han
brindado a lo largo de estos años, en especial a Tomás González Sánchez, por su experiencia
científica y sus consejos, que han supuesto una inestimable ayuda para el desarrollo de este
trabajo, y a Daniel Pardo, por su interés y apoyo durante todo este tiempo.

Esta tesis doctoral ha sido realizada gracias al Proyecto Europeo METAMOS (IST-
016677), financiado por la Comisión Europea dentro del Sexto Programa Marco de la Unión
Europea. Por ello, quisiera también agradecer a nuestros colegas del IEMN (Francia),
Universidad católica de Lovaina (Bélgica), ITE (Polonia), NXT y ST Microelectronics
participantes en de dicho proyecto, por su aportación de medidas experimentales y de nuevos
puntos de vista, y en particular a Emmanuel Dubois, por su apoyo e intercambio de ideas, y a
François Danneville por su colaboración científica.

Por otro lado, a mis amigos por entender que ha sido un camino largo y duro en el que,
algunas veces, la fijación por lograr tus objetivos te hace olvidar la importancia del contacto
humano. A mis padres y hermanos, por su apoyo incondicional y sus palabras de aliento,
ayudándome a superar las etapas difíciles, recordándome lo importante que es disfrutar a cada
momento. Y por último a David, por estar ahí, por comprenderme, por creer en mí cuando ni yo
misma creía y por perdonar el continuo posponer de nuestros planes.

Índice







INTRODUCCIÓN 1


CAPÍTULO I
Interfaz metal – semiconductor 15

I. 1. Unión metal-semiconductor en equilibrio 16
I. 1. A. Caso de banda plana 17 B. Contacto óhmico 18
I. 1. C. Contacto rectificador 19
o Descripción cuantitativa básica del contacto rectificador en equilibrio 20

I. 2. Unión metal-semiconductor fuera de equilibrio 22
o Descripción cuantitativa básica del contacto rectificador fuera de equilibrio 23

I. 3. Transporte de Corriente a través del Contacto Schottky 24
I. 3. A. Emisión Termoiónica. [Bethe, 1942] 26
o Corriente de absorción, J 27 s →m
o inyección, J 9 m →s
I. 3. B. Teoría de Difusión. [Schottky, 1938] 29
I. 3. C. Teoría de Mott. [Mott, 1938] 30

I. 4. Efectos reales en la unión metal-semiconductor 31
I. 4. A. Efecto Schottky. [Schottky, 1914] 31

ii Índice


I. 4B. Corient únel 33
I. 4. C. Inyección de portadores minoritarios 36
I. 4. D. Estados superficiales o de interfaz. Estabilización del nivel de Fermi 36

I. 5. Caracterización de la altura de la barrera 39
I. 5. A. Modelos de determinación de la altura de la barrera 40
I. 5. B. Medida de la altura de la barrera 45
o Medida de corriente – voltaje 45
o Mecapacidad voltaje 46
o Medida fotoeléctrica 46
o Medida de energía de activación 47

I. 6. Fabricación de contactos Schottky. 48
o Limpieza del sustrato 48
o Formación del metal sobre el semiconductor 48
o Activación térmica 51
o Materiales empleados: Siliciuros 51

Bibliografía del Capítulo I 54


CAPÍTULO II
Método de Monte Carlo. Algoritmo de inyección/absorción en
barrera Schottky 57

II. 1. Métodos de estudio del transporte de carga 58

II. 2. Fundamentos del método Monte Carlo 62

II. 3. Estructura de la simulación Monte Carlo 63
II. 3. a. Definición del semiconductor 64
II. 3. b. Definición física del dispositivo 67
o Técnicas de realce estadístico 68