Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
ростом VG "будет стабилизировано (на уровне Wm) образованием дырочного
инверсионного слоя на границе раздела Si-Si02. Соответствующее предельное
значение напряжения отсечки канала равно
у pl = V рв
Предельное значение глубины перехода x]L, при превышении которого канал
уже не перекрывается полностью (хь Ф 0), легко вычисляется по формуле
1 f 2 & N _______________ __________
=~k V • <75>
Выходные (стоковые) характеристики МОП-транзистора со скрытым каналом
аналогичны характеристикам полевого транзистора с р-/г-переходом в
качестве затвора (гл. '6). Они также линейны при малых VD и насыщаются
при больших стоковых напряжениях. Согласно работе 138], ток стока
транзистора со скрытым каналом
ID = Z (pDj - pQs - ц(?в) , (76)
44
Глава 8
где
о
- плотность имплантированных центров на единицу площади, а
- плотность заряда (приповерхностного слоя обеднения либо
аккумуляции) на единицу площади границы раздела, С - усредненная емкость
затвора,
- заряд в обедненном слое р-"-перехода, a N'A " NDNA/(ND 4е + Na). В
нормально обедненном режиме [(VQ - VFB) <0] ток стока протекает только в
скрытом объемном канале) поэтому в выражение (76) следует подставлять
значение объемной подвижности |лв. Подставив выражения (77)-(79) в
выражение (76) и проинтегрировав от 0 до L, получим
1В = \p,VD + С [ (Vo - V,B) Vd------j- Vi] -
---§- YZwN'a [(Vbi + V?S + VD)m - (Vu + Vest* ]} • (80)
Рассчитанные по этой формуле выходные характеристики и экспериментальные
зависимости /D (VD) хорошо соответствуют друр другу (рис, 30). Отметим,
что, поскольку рассмотренный МОП. транзистор является нормально открытым
прибором, в нем уже при VQ = 0 протекают довольно большие токи. При
изменении напряжения на затворе ток стока также изменяется.
На рис. 31, а показаны профиль легирования и толщины обедненных слоев
нормально открытого "-канального МОП-транзистора со скрытым каналом в
режиме, предшествующем отсечке канала. На рис. 31, б и в приведены
распределения зарядов и подвижных электронов в момент отсечки (*!+ *2 =
*/> Vq ** Vp). Закрытое состояние прибора при VQ > VP полностью
соответствует подпороговому режиму обычного МОП-транзистора обогащенного
типа. Главной компонентой тока при этом является диффузионная компонента,
а сам подпороговый ток зависит экспоненциально от напряжения затвора.
Характеризующий наклон подпорогового (экспоненциального) участка параметр
S
Qs = - &[Vq - Vрв - V (у)]
(78)
Qb-Y 2 esqN'A {Vb, + + V (y)\w
(79)
МОП-транзисторы
4?
Рис. 30. Экспериментальные (_-,) и рассчитанные (-"•-) стоковые
характеристики нормально открытого МОП-транзистора [38].
VFB = -1,25 В: V
BS
О В.
Уп, Q
определяется соотношением емкостей, показанных на рис. 31,8 [391:
S == - In 10 t(Cx + С2)/С!] =
я
kT
Я
In 10
eixl ~i~ Bsd
<81>
Очевидно, что рассматриваемый МОП-транзистор со скрытым каналом будет
нормально закрытым прибором, когда обедненные слои (приповерхностный и р-
д-перехода) будут сомкнуты уже при нулевом напряжении на затворе VG = 0.
Для этого необходимо, чтобы напряжение отсечки VP, которое теперь можно
по аналогии назвать пороговым напряжением Vf-
- Кг = ^ + qN° ¦ (82)
было бы больше нуля, что возможно в структурах с большими напряжениями
плоских зон VFB. На практике для этого применяются затворы из
сильнолегированного бором поликремния или из металлов с большой работой
выхода.
По сравнению с поверхностными МОП-транзисторами в приборах со скрытым
каналом можно ожидать более высоких &н?че-ний подвижности, поскольку
движущиеся в объеме носители не
т
Глава 9
Металл n rSi02
О V
BS
6
VI
О
§?§
§11
II1
X, Xt
X
vGo-
€¦ /d €S/X,
¦IhHh
?s/{X2+X3)
-О V,
BS
c2
Рис. 31. МОП-транзисюр со скрытым каналом в режиме, предшествующем
отсечке канала [39]
а - профиль легирования; 6 -плотность заряда; в -* плотность подвижных
носителей; г *• эквивалентные емкости.
рассеиваются на неоднородностях границы раздела с диэлектриком. Эти
соображения подтверждаются результатами соответствующих измерений (рис,
32, а), из которых видно, что в приборах со скрытым каналом подвижность
примерно на 50 % выше, чем в обычных МОП-транзисторах. На рис. 32, б для
сравнения приведены зависимости порогового напряжения соответствующих
приборов от длины канала L. В приборах с длинным каналом напряжение VT не
зависит от длины L. При малых L, однако,
МО Г1-транзисторы.
47
U
а &
Рис. 32. Характеристики МОП-транзисторов с поверхностным (-*-) и скрытым
(¦+-) каналами [40].
¦а - зависимость подвижности От напряжения затвора; б - зависимость
порогового напряжения от длины канала,
происходит нежелательное уменьшение VT с длиной канала, обусловленное так
называемыми короткоканальными эффектами, которые мы рассмотрим в разд.
8.4. Однако уже теперь можно отметить большую "устойчивость" МОП-
транзисторов со скрытым каналом к влиянию короткоканальных эффектов по
сравнению с обычными приборами. Поэтому нормально закрытые МОП-
транзисторы со скрытым каналом весьма полезны для высокочастотных
