Este documento presenta un resumen de las actividades realizadas por Antonio Gómez Roa para su tesis de maestría sobre el modelado de circuitos eléctricos equivalentes para transistores HEMT a frecuencias de microondas bajo iluminación óptica. Incluye una revisión bibliográfica, cursos tomados, caracterización de dispositivos fotodetectores, y propuestas de modelos eléctricos equivalentes que representan los efectos fotovoltaicos interno y externo, así como el efecto fotoconductivo.

1. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BAJA CALIFORNIA FACULTAD DE INGENIERÍA ENSENADA Presenta: Antonio Gomez Roa Ensenada, B.C. , a 12 diciembre del 2007 “ Modelado De Circuito Eléctrico Equivalente Para Un Transistor Hemt a frecuencias De Microondas ”

2. Actividades Realizadas Semestre 2005-2: se aprobaron cuatro cursos y se propuso el tema de tesis. Semestre 2006-1: se aprobaron seis cursos (tres cursos en el CICESE uno formal y dos de oyente, tres cursos en la UABC). Semestre 2006-2: Estudio de la recepción de luz en transistores y su modelado en circuito eléctrico equivalente.

3. Actividades Realizadas

4. Actividades Realizadas 1.1 Recopilación de información bibliográfica de los dispositivos fotorreceptores. 1.2 Cursar materias relacionadas al modelado 2.1Estudio de las características óptico- eléctricas 2.2 Realizar propuestas del modelado

5. Recopilación de información bibliográfica de los dispositivos fotorreceptores tesis Clases tomadas en el cicese Artículos del IEEE

6. 1.2 CURSAR MATERIAS RELACIONADAS AL MODELADO Dispositivos Semiconductores De Microondas Modelados lineales, no lineales y de ruido de transistores de microondas Diseño y simulación de circuitos de microondas por computadora (CAD)

7. Dispositivos Semiconductores De Microondas Se presentan los aspectos teóricos de la parte fisica de los transistores de efecto de campo Se hace una descripción básica del MESFET y el HEMT.

8. Modelados lineales, no lineales y de ruido de transistores de microondas se presentan las características eléctricas de estos dispositivos, asi como su circuito equivalente.

9. MODELOS NO LINEALES Curtice cubico Angelov Chen .

10. Características de fotodetección Aplicando luz monocromática a un FET en oblea esta es absorbida en las capas internas del transistor.

11. Características de fotodetección Para que la señal luminosa sea absorbida y genere portadores libres (electrones) en el transistor se deben cumplir que: la energía de los fotones debe ser mayor o igual que la banda prohibida del semiconductor (bandgap)

12. En los dispositivos semiconductores bajo iluminacion optica se presentan los fenomenos generados por el proceso de absorci ó n. el efecto fotovoltaico externo el efecto fotovoltaico interno el efecto fotoconductivo,

13. EL EFECTO FOTOVOLTAICO EXTERNO El efecto fotovoltaico externo es causado principalmente por los huecos generados en la región de deserción de la compuerta y los generados en la región del canal. Son difundidos hacia la región de deserción de compuerta antes de recombinarse. Los pares electrón-hueco fotogenerados, son separados por los campos eléctricos internos del transistor. contribuye a un pequeño incremento en la corriente fuente-drenador

14. EL EFECTO FOTOVOLTAICO INTERNO El efecto fotovoltaico interno se presenta cuando la luz es absorbida en la capa ¨buffer¨ causando que el par electron hueco se separe Los electrones son barridos por el campo eléctrico contribuyendo a un incremento en la corriente de la fuente al drenador. Los huecos que no pueden ser alcanzados por este campo eléctrico se acumulan en la fuente y la capa ¨buffer¨.

15. EFECTO FOTOCONDUCTIVO S e presenta cuando el voltaje Vgs en menor al voltaje de umbral Vth(apagado) en el cual los fotones son absorbidos en la región no desértica del transistor (capa canal). Los pares electrón-hueco fotogenerados en la capa canal incrementan la concentración de electrones al ser atraidos por el campo eléctrico de la polarización de drenador.

16. 2.2 Realizar propuestas del modelado Modelo Propuesto Partiendo de la definición anterior A. MADJAR propone un circuito eléctrico equivalente

17. MODELO PROPUESTO la respuesta óptica se define como la corriente de drenador inducida por la luz absorbida. Esta es la suma los tres términos que corresponden a los procesos comentados anteriormente. Idrain=Ipc + Ipvi + Ipvx Donde Ipc debido al efecto fotoconductivo Ipvi es causado por efecto fotovoltaico interno Ipvx es causado por efecto fotovoltaico externo

18. Circuito equivalente para calcular el efecto fotovoltaico interno Donde: El diodo representa la rectificación de la unión de la barrera de la capa canal y la del sustrato. R sub representa la resistencia del sustrato Ci representa la capacitancía de la barrera I ph representa la corriente inducida ópticamente V ph representa el foto voltaje desarrollado a través de la barrera debido a la iluminación

19. Circuito equivalente para calcular el efecto fotovoltaico externo Este circuito es dividido dentro de la parte interna y externa la parte externa incluye la resistencia externa en la compuerta Rg alrededor de 1M  y la compuerta de polarizacion del voltaje Vgg el cual es constante. La parte interna incluye la capacitancía no lineal Cg el diodo y la fuente de corriente Ig

20. Modelo propuesto II D. M. KIM propone un circuito eléctrico equivalente El modelo incluye las capacitancias de Cgs opt y Cgd opt y una trasconductancia llamada gm opt los cuales se utilizan para tener una mejor descripción de lo que es son las características de microondas bajo iluminación óptica.

21. modelo de Shiego Kawasaki P ropone una resistencia Ropt y una capacitancia Copt que dependen de la iluminación. El flujo de corriente ocurre en la región del sustrato debido a la reducción en la anchura de la barrera y del efecto fotovoltaico interno.

22. ACTIVIDES A REALIZAR 3.1 Implementar el modelo en un simulador de dispositivos de microondas (ADS). 3.2 Realización de un banco de medición óptico-eléctrico 3.3 Caracterización de dispositivos

23. ACTIVIDES A REALIZAR 4.1 Integrar los resultados obtenidos de la caracterización del dispositivo fotodetector al simulador de dispositivos de microondas. 4.2 Comparar los resultados prácticos con los simulados

24. BIBLIOGRAFÍA Gonzalo soberanes, 2005. “ modelado y simulación de mezcladores optoelectrónicos a base de fets ”. CICESE, División de Física Aplicada, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. Tesis de Maestria. 129 pp. Romero, M. A., Martinez, M. A. G. y Herczfeld, P. R., 1996. “An analytical model for the fotodetection mechanism in high-electron mobility transistors”. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 44(12): 2279-2287 p.

25. BIBLIOGRAFÍA Madjar, A., Herczfeld, P. R. y Paolella, A., 1992. “Analytical model for optically generated currents in GaAs MESFETs”. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 40(8): 1681-1691 p. Eleazar Zuniga, 2003. “Caracterización y modelado no lineal de transistores hemt utilizando la técnica de medición de uno y dos tonos bajo iluminación óptica”. CICESE, División de Física Aplicada, Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. Tesis de Maestria.

26. BIBLIOGRAFÍA Shigeo kawasaki, Shiomi h., kasuoki M., 1995. “A novel FET model including an Illumination Intensity parameter of optically controlled ”. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 46(6): 820-827 p. Kim D.M.,Song S.H.,Kim H.J.,Nathan M.I, 1998. “ Photonic Microwave Characteristics and Modeling of AlGaAs/GaAs/InGaAs Double heterostructure Pseudomorphic HEMT ” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 8(1): 35-37 p

27. MUCHAS GRACIAS !!!