用階梯狀柵結構改善GaAs MESFET漏電導
描述了一種新的階梯狀柵GaAsMESFET結構，與常規凹槽柵結構相比，它的漏電導很低，為了降低漏電導，用二維器件模擬使得與柵結構有關的器件參量最佳化。根據這些最佳化的器件參量製造的器件顯示出很低的漏電導。降低了漏電導就可以改進高須GaAS模擬積體電路的最大可用增益。
階梯狀柵結構
提出了一種新的階梯狀柵結構，可用它來實現很低的漏電導。在常規的挖槽柵MESFET中，漏柵電場隨著漏 壓的增加而增加，並且溝道電阻也受漏電壓的影響，這在短溝道器件中尤其嚴重。於是，漏電導隨著漏壓的增加而增加。但是，階梯狀柵結構 ( 它具有典型的器件參呈 ) 的優點在於它減小了漏側的耗盡層，進而有可能改善漏 電導g，而且有效柵長變短，於是還可預計到跨導g也得到了改善。
為了設計最佳化的柵結構，必須闡明各個柵結構參量對g和g的影響。 分四種情況研究了幾何結構對器件參數的影響。 固定器件的總柵長、雜質濃度以及源和柵電極之間的間隔，而且假設其他的器件參量幾乎是與第四節中實驗器件的結構相同。
用二維模擬進行教值分析
在模擬中，採用 了早先報導過的邊界條件和物理模型。 假設在柵電極處肖特基勢壘的高度為0.8ev。此外，根據質點模擬建立了靜態速度場關係。 於是，三組微分方程，即泊松方程和分別對應於電勢，載流子密度n和p的電流連續方程疊代求解，在這些方程中，將n和p直接選擇為未知變數，而不是各自根據準費米電位來確定。 因此，得 到的矩陣具有非對稱的形式，而且，不能再用早先適用於對稱矩陣的ICCG方法。為了求解非對稱矩陣，引入了有前置條件的ICCG方法。
在全部模擬中，計算結果取決於雜質濃度和界麵條件。 此外，隨著柵長降到1.0μm或者更小，則可以預期速度 過沖現象將起主導作用。為了定量地討論器件特性，首先應該精確地實現早先提到的條件。但是在模擬中，由於工作主要集中於柵結構的器件設計，在假設條件中像雜質濃度等這樣一 些器件參量都取為典型值，並且沒有考慮速度過沖現象的模型。 因此在計算中確定了定性討論的邊界條件。
柵結構最佳化
採用描述的四類情況，可以實現柵結構的最佳化，特別是從g值的角度來看更是如此。 在這一最佳化過程中，只有柵結構是變化的，而其他器件參量都是固定不變的。
g和g隨幾何結構變化的模擬結果作為代表值示出的特性 (a)～(e) 分別相應於柵幾何結構，同時也與實線相對應。按參量器件的特性可以順序概要地敘述如下 ：
l) 隨著柵長減小，g值增加。 漏電導的這種增加是由於耗盡層從漏側向外擴展，使得溝道電阻減小引起的。 在柵長較短時這種趨勢更明顯。漏電壓對漏電流的關係曲線與柵長的器件是相對應的。當柵長下降時，g的值從198改善到199mS/mm，但是g的值從6.6退化到I6.0mS/mm。此外，在柵長為1μm或更小的器件中，速度過沖現象將起支配作用，它使得g增加而g只是略有增加。 因此，不管是否考慮非穩態載流子動力學，在實際器件中由於柵長減小而使g增加是不能避免的。
2) 隨著l長度的增加，g值從6.6mS/mm改善到1.0/mm這種改進是由於漏電極一 側的強電場減弱，在下面將要討論，在這種情況下溝道電阻對外加電壓是不靈敏的。 為了講清楚階梯狀柵的影響，將要計算在源、漏電極互換時的特性，與正常的偏置條件不同，此時漏電場影響溝道電阻，並得到短溝道相應的g值，描述的實驗證實了這種性質，因而建議採用階梯狀柵來降低漏電場。
3 ) 隨著l長度的減小，漏電場對g值的影響越來越明顯。由於很強的漏電場的作用，漏電壓的變化直接影響到溝道電阻。
4 ) 當t上升時，g值減小。但是t值進一 步上升時，短溝道效應成為起主導作用的因素，因而使g值上升。階梯高度有一 最佳值，為0.03μm。在考慮g值時，上面假設的具有0.4μml，0.75μml，0.12μmt以及0.03μm階梯高度t的器件是最佳化的值。由於在階梯狀柵處漏電場降低，g特性得到改善。 顯然，對於具有各種柵結構的代表性器件，取得溝道部分的一 維電勢分布是十分有用的。
從這些曲線可以看出具有階梯狀柵的器件的溝道部分的電場對外加電壓 是最不靈敏的，並且由於減弱了強電場，可以實現最小的g值。另一方面，g特性是依賴於偏置條件和g特性的。這些因素不允許對g成功地實現最佳化。
考慮漏電導時絕緣子串的分布電壓
當考慮漏電導時，利用差分方程式導出懸垂式絕緣子串的分布電壓。為進一步研究絕緣子串的電氣強度提供了理論依據。
絕緣子串的精確計算公式的必要性
對懸垂式絕緣子串的電壓分布的計算，大多採用微分方程，此法較繁且沒有考慮絕緣子串的漏電導。然而隨著輸電線路額定電壓的升高，對絕緣子串電氣強度的要求也在不斷地提高，漏電導對絕緣子串電壓分布的影響也越來越不可忽視。正如雷過電壓下長絕緣子串的電氣強度所述，絕緣子絕緣結構的尺寸根據髒污和潮濕條件下的放電特性選擇。又如500kV覆冰絕緣子串的工頻和操作電壓特性試驗所述，覆冰絕緣子串的電氣強度與覆冰受污染的程度有極大關係。另一方面，隨著電子技術的發展，測量儀器精度的提高，導出絕緣子串的精確計算公式顯然是很有必要的。
公式的導出與分析
當懸垂式絕緣子串受雨雪的侵蝕或工作於污穢濕潤的條件時，絕緣子表面的漏電導就不能忽視，它不僅影響電壓的分布，且當超過一定限度時，會引起過電流和絕緣子的破壞。懸垂式絕緣子串的 一部分，各絕緣子有漏電導G，極間部分電容C，對地部分電容C。以及高壓導線的部分電容C。在n+1點，因流入電流的代數和等於零，便有
(G +jwC) (U一U) 一 (G +jwC)(U一 U)一jwCU+jwC(U 一U)=0
為容易說明漏電導對電壓分布的影響，令C=70pF，k=5/70，k=1/70、k=0，M=12，利用用差分方程計算絕緣子串的壓分布導出的公式，把U/U，U的值算出，以便和M=∣U/U∣及N=∣U/U∣值作比較，畫出k=0情況下，U/U的曲線 ( 實線 ) 及k=1情況下M=∣U/U∣的曲線 ( 虛線 )，畫出k=0情況下Un+1/U的曲線 ( 實線 )。同時畫出k=1情況下N=∣U/U∣的曲線 ( 虛線 )。由於絕緣子電導的出現緩和了電壓分布的不均勻性，但卻增加了絕緣子的電導功率損失，同時破壞了絕緣性能，可是實際上因為環境的潮濕和污染，絕緣子上的漏電導常常不能避免。
絕緣子電導的出現及影響
a 、絕緣子電導的出現緩和了電壓分布的不均勻性，但卻增加了功率損失。
b、由於電導的影響，承受最小電壓的絕緣子的位置發生了變化。
