Estudio de la influencia de las trampas en el comportamiento DC y AC de nanodiodos de GaN a temperaturas criogénicas y su aplicación como detectores de microondas

Abstract

Las aplicaciones que surgen de la radiación electromagnética en el rango de ondas milimétricas y submilimétricas (llegando a los THz) tienen un enorme potencial en infinidad de campos relacionados con las tecnologías de la información y las comunicaciones, control industrial, diagnóstico médico, escáneres de seguridad, etc. De ahí la creciente necesidad de encontrar dispositivos capaces de operar a frecuencia elevada. Con el fin de mejorar las prestaciones de las tecnologías tradicionales (fundamentalmente basadas en diodos Schottky de GaAs), tales como la frecuencia de operación o las capacidades de manejar altas potencias, se busca desarrollar nuevos dispositivos semiconductores con arquitecturas diferentes. En este trabajo, se realiza un análisis experimental exhaustivo en función de la temperatura T (10-300 K), tanto en régimen DC como AC, así como de la detección de potencia en RF, de una de estas posibles opciones novedosas: el diodo autoconmutante o Self-Switching Diode (SSD) basado en una heteroestructura de AlGaN/GaN. Para analizar el importante impacto de las trampas que típicamente aparecen en la no completamente madura tecnología de GaN (ya sean en volumen o en superficie), se realizarán experimentos que van desde la medida básica de las curvas DC o el análisis de la impedancia, hasta algunas más complejas como es la extracción del circuito equivalente de pequeña señal, o el cálculo de las figuras de mérito que caracterizan la detección (responsividad y potencia equivalente de ruido) hasta una frecuencia de 43.5 GHz. Los resultados experimentales se complementan, por un lado, con el desarrollo de un modelo analítico cuasi-estático (QS) que predice las prestaciones de detección a partir de las curvas I-V y, por otro, con simulaciones numéricas usando un simulador Monte Carlo (MC) para explicar la física que hay detrás del mecanismo de detección y analizar el papel de las trampas en el funcionamiento del SSDs.