Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
становится доминирующим, а зависимость VT (VBS) становится параллельной
исходной ("не-имплактированной") кривой,
8.3.2. Наклон подпороговых характеристик
Как уже говорилось выше, в подпороговой области прибора с однородно
легированной подложкой логарифм тока стока In ID увеличивается почти
линейно с ростом напряжения на затворе. Обратный наклон этой прямой
определяет, на сколько следует уменьшить напряжение на затворе МОП-
транзистора, чтобы уменьшить ток прибора до требуемого уровня. Поэтому
подпороговую область, соответствующую закрытому состоянию МОП-
транзистора, обычно характеризуют напряжением S, необходимым для
уменьшения тока стока на порядок величины. В случае однородного
легирования [19]
где CD - удельная дифференциальная емкость обедненного слоя:
Влияние имплантации на подпороговое напряжение 5 определяется главным
образом изменением (в соответствии с выражением [64]) дифференциальной
емкости обедненного слоя. На рис. 27 приведены зависимости 5 от центроиды
имплантированного профиля примеси для различных доз Dг При хс = 0
исходное значение S, как и в однородно легированной подложке,
определяется только концентрацией примеси и толщиной слоя окисла. При
фиксированной дозе D7 характерное напряжение 5 сначала увеличивается с
ростом хс, поскольку при этом край обедненного слоя приближается к
границе раздела Si-Si02 и дифференциальная емкость CD растет. Затем край
слоя обеднения попадает в плоскость имплантации, и теперь при росте хс он
уже удаляется от границы с окислом вместе с плоскостью имплантации. При
этом, естественно, CD и 5 уменьшаются до исходных значений,
соответствующих неимплантированной подложке. Излом кривых на рис. 27
соответствует ситуации, когда хс = W. В реальных условиях острота пика,
естественно, сглаживается за счет ненулевой толщины слоя имплантированной
примеси. Из данных, приведенных на рис. 27, следует, что с точки зрения
поддержания высокой крутизны участка выключения МОП-транзистора (малые
значения S) предпочтительна мелкая (с малыми хе) имплантация.
kT
а
(71)
CD = е S/Wr
(72)
МОП-транзисторы
41
-а
Рис. 27. Зависимость характерного подпорогового напряжения S от центроиды
распределения имплантированных ионов при различных дозах [19].
8.3.3. Приборы со скрытым каналом
Когда тип имплантированной примеси противоположен типу примесных атомов в
исходной подложке (например, при имплантации мышьяка в р-кремний), в
приповерхностной части подложки может сформироваться так называемый
скрытый канал. На рис. 28, а показан условный поперечный разрез такого "-
канального МОП-транзистора со скрытым каналом, где в отличие от обычного
МОП-транзистора проводящий канал заглублен в объем полупроводника от
границы раздела Si-Si02. Истинный профиль легирования приповерхностной
области подложки такого прибора и его ступенчатая аппроксимация приведены
на рис. 28, б. Ясно, что в окрестности металлургического р-n-перехода (л;
=
- xj) образуется обедненная область, локальная толщина которой
определяется величиной напряжений, приложенных к структуре. Напряжение на
затворе, кроме того, модулирует локальную толщину приповерхностной
подзатворной области обеднения.
МОП-транзисторы со скрытым каналом могут быть нормально открытыми и
нормально закрытыми приборами в зависимости от глубины и уровня
легирования канала. Рассмотрим сначала
42
Глава 8
Рис. 28. МОП'Транзистор со скрытым каналом (а) и профиль легирования
канала (б).
N(x)
1 , Фактический
У профиль /~ /7f?з ыроЗан14&
'h V
V \ \ 1 1 /*
0
К
работу нормально открытого прибора. Его условное поперечное сечение в
области вблизи истока [37] показано на рис. 29 (вставка). Когда
напряжение на затворе увеличивается (в рассматриваемом случае оно
отрицательно), ширина скрытого канала уменьшается. Наконец, при VQ = VP
величина хь становится равной нулю и происходит отсечка канала.
Напряжение отсечки канала VP рассчитывается с помощью уравнения Пуассона
и закона сохранения электрической индукции (Гаусса) на границе Si-SiOa в
качестве граничного условия. Для ступенчатого профиля (рис. 28, б) в
предположении JVD > NA получаем
y,_V"--*!*(l+|§L) +
+ ^г^(' + + ^)'/г. (73)
где CD s*= zjx]f a Vbt - контактная разность (встроенный потенциал) р-"-
перехода. На рис. 29 приведены рассчитанные по этой формуле зависимости
напряжения отсечки канала VP от
МОП-транзисторы
43
NBt см"3
Рис. 29. Зависимость напряжения отсечки от концентрации доноров при
различных значениях глубины канала и уровня легирования подложки. На
вставке ^показана толщина обедненных слоев в области у истока 137].
*¦---JV^IO^cm'3, - Na =3.10>(|см-3,-NA = 5-10"'cm-s.
концентрации доноров в приповерхностном слое при нескольких значениях
глубины перехода х, для случая VBS = 0. Видно, что при фиксированных Xj
напряжение отсечки канала увеличивается с ростом концентрации. Однако при
слишком больших ND (либох;) полностью перекрыть проводящий канал
напряжением на затворе невозможно, поскольку в конечном счете увеличениес
