Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
обедненного слоя также уве-
Полевые транзисторы
351
личиваются по мере приближения к стоку. Результирующее уменьшение ширины
проводящего канала должно быть скомпенсировано соответствующим
увеличением продольного электрического поля и дрейфовой скорости
электронов, чтобы величина полного тока оставалась неизменной по длине
канала. С увеличением напряжения стока (при некотором VD - V^^t)
электрическое поле в канале у стока достигает критического значения <8С,
а скорость электронов - скорости насыщения (рис. 16, в)). При этом
наименьшая ширина канала у стока достигает минимального значения Ь0, а
ток транзистора начинает насыщаться.
При дальнейшем увеличении напряжения стока (VD > Kcsat) обедненная
область расширяется к стоку (рис. 16, г). Однако точка хъ где электроны
впервые достигают скорости насыщения, смещается в противоположном
направлении (к истоку), падение напряжения между истоком и точкой хх
уменьшается, и, следова-. тельно, ширина канала в точке Ьх увеличивается
(Ьг >> Ь0). Поэтому ток инжекции электронов из электронейт.ральной части
канала {х < хг) в область насыщения дрейфовой скорости (хх < х <С х2)
увеличивается, благодаря чему вольт-амперная характеристика транзистора
на участке насыщения (конечное выходное сопротивление) имеет
положительный наклон 119].
По мере продвижения от точки хг к стоку потенциал в канале растет, ширина
обедненной области увеличивается, а проводящий канал сужается. Но,
поскольку скорость электронов в этой области уже не зависит от
электрического поля и равна скорости насыщения, для компенсации этого
сужения канала и обеспечения сохранения полного тока концентрация
электронов здесь увеличивается и становится больше концентрации доноров.
Поэтому в соответствии с уравнением (55) в части канала, где b < Ьъ т. е.
при Х\ <С х < х2, аккумулируются электроны, и эта часть канала
оказывается отрицательно заряженной. При,* = х2, где глубина проводящего
канала снова становится равной Ьх, концентрация электронов равна
концентрации доноров. Этот отрицательный заряд области канала хг <^х <^х2
компенсируется положительно заряженным слоем х2 <С.х <Сх3 с некоторым
дефицитом электронов. Следовательно, часть напряжения стока, избыточная
над VDsat, падает на дипольном слое, который расширяется в стоковой части
канала при дальнейшем росте VD.
Отрицательное напряжение на затворе (рис. 16, д) увеличивает ширину
обедненной области и, следовательно, сужает канал, что увеличивает
сопротивление на линейном (при малых Vd) участке характеристики
транзистора. При этом уменьшается напряжение V^sat* при котором в
наиболее узкой части канала (глубиной Ь2 < Ьг) достигается критическое
поле <^с. Поэтому при VG >" 0 участок насыщения характеристики
транзистора начинается при меньших напряжениях и токах, чем при VG г-= 0.
При
352
Глава 6
V^3B
И vp. Id
\в D
ID /z; мА /см k
Электрическое
поле
Дрейфовая
скорость
электронов
Пространственный заряд б канале
Рис. 17. Поперечное сечение канала и распределения поля, дрейфовой
скорости и концентрации электронов по длине канала в МП-транзисторе из
GaAs в режиме насыщения [8].
дальнейшем увеличении напряжения стока VD ;> V^sat У стокового края
затвора также образуется дипольный слой (рис. 16, е), обеспечивающий
непрерывность полного тока в канале.
Особенности поведения полевых транзисторов из GaAs, где зависимость
дрейфовой скорости от электрического поля более сложная, чем в кремнии,
иллюстрируют графики, приведенные на рис. 17 [8, 20]. Здесь также
наиболее узкая часть канала расположена у стокового края затвора.
Дрейфовая скорость электронов достигает максимального значения в точках
хх и х3 и имеет некоторый провал в промежутке между ними'. Поэтому в
полевых транзисторах из GaAs эффект аккумуляции электронов в узкой части
канала более ярко выражен, чем в кремнии. Для компенсации отрицательного
заряда в области хг << х << лг2 за этой областью,
Полевые транзисторы
353
------------------------?р
J _______I ,..........
О 1МК м СС
б
к
О f мкм vT
в
Рис. 18. Повышение стационарной дрейфовой скорости в области высоких
полей {<§ > ё?р) под затвором [8].
ближе к стоку (х2 <х <х3), образуется положительно заряженный слой,
обедненный электронами. Его заряд примерно равен отрицательному заряду в
области аккумуляции, и на этом стационарном дипольном слое обычно падает
большая часть стокового напряжения.
В приборах с очень короткими каналами возможна такая ситуация, когда
электроны настолько быстро пролетают область
354
Глава 6
Vj>, в
Рис. 19. Вольт-амперные характеристики кремниевых МП-транзисторов и из
GaAs с длиной канала 1 и 0,5 мкм [22].
высокого полй в канале^у стока, что при этом не успевают термализоваться
[21]. Такую неравновесную ситуацию иллюстрирует рис. 18. Можно считать,
что в области малых полей {<8 <С <%v, где <SV - электрическое поле,
соответствующее пиковому значению дрейфовой скорости) электроны не
разогреваются и остаются равновесными. В области же высоких полей (S' >•
