Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
короткоканальное поведение. В нем уже при VD = 0 происходит смыкание
обедненных областей стока и истока, поскольку соответствующая сумма ys +
yD = 0,26 мкм больше длины канала L. Следовательно, и во всем диапазоне
стоковых напряжений (рис. 41) рассматриваемый прибор работает в режиме
смыкания (прокола). В этом случае электроны из истока будут
инжектироваться непосредственно в объем обедненной области канала, где
они подхватываются электрическим полем и сразу же коллектируются стоком.
Напряжение на стоке, требуемое для такого смыкания [10], равно
V" - ""Л {L~ УзГ - vbl. (98)
Если VD существенно превышает эту величину, рассматриваемый ток инжекции
ограничивает накопление заряда подвижных носителей в области пролета. В
этом так называемом режиме ограничения тока пространственным зарядом
/о = 9zv"AV%/8L\ (99)
МОП-транзисторы
Б9
Рис. 42. Распределение потенциала в структурах, характеристики которых
приведены на рис. 40 и 41 [45].
I - длииноканальная структура с L = 2,23 мкм; б - короткоканальиая
структура с L = 0,23 мкм.
Затвор (2,5мкм)
I
-0,5 0
I *
Що,г
о? 0,6 о,в 1,0
},0 2,0 Длина, мкм
Затвор (0,5 мкмХ-
0,5В ~\ V. '¦••• зв
...
" Ve*f.5B
- у^зв 1 1 1...
~0,25 О 0,25 0,5
Мл и на, мкм 5
0,75
где параметр А по порядку величины равен площади п+-^-перехода истока.
Ток инжекции ID, увеличивающийся пропорционально Vb, течет в объеме
полупроводника параллельно току инверсионного канала, пропорциональному
напряжению на затворе VG.
Теоретические точки на рис. 40 и 41 получены в результате сложного
двумерного численного моделирования при учете эффекта смыкания и полевой
зависимости подвижности без использования каких-либо подгоночных
параметров. Поэтому следует особо отметить хорошее соответствие этих
результатов экспериментальным данным. На рис. 42, а и б приведены
двумерные распределения потенциала в структурах длинноканального МОП-
транзистора и рассмотренного выше короткоканального прибора с L =
- 0,23 мкм. Все параметры обоих приборов идентичны, за исключением
длины канала, которая в длинноканальном приборе (L = 2,3 мкм) была в 10
раз больше, чем в короткоканальном. Отметим, что длина канала в обоих
приборах примерно на 0,27 мкм короче длины соответствующих затворов в
результате боковой диффузии имплантированных ионов под край затвора. В
длинноканальном приборе (рис. 42, а) эквипо-тенциали в канале параллельны
друг другу и сосредоточены
Рис. 43 Двумерное распределение электронной плотности в МОП-транзисторе с
L - 2,23 мкм 145].
Рис. 44. Двумерное распределение электронной плотности в МОП-транзисторе
с L = 0.23 мкм [45],
МОП- транзисторы
61
1 I I ~Т
Длина затвора (2,5 мкм)
1017 см-3
101S
(1,(1 мкм)
L = 2,2.3 мкм Ус = 3,0 В Vd=5,0B
L= 0,73 мкм V6 = 3,0 В
Ур=5,0 В
-М-
L=0,23 мкм У6=1,5В *
VB.-3,0B
0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0
Длина, мкм
Рис. 45. Линии постоянной электронной плотности в МОП-транзисторах с
длиной канала 2,23; 0,73 и 0,23 мкм [45].
в непосредственной близости от границы раздела с окислом. Напротив, в
короткоканальном приборе (рис. 42, б) эквипо-текциали уходят глубоко в
объем подложки, что указывает на эффект смыкания.
На рис. 43 и 44 приведено распределение электронной плотности в
рассматриваемых приборах. Из рис. 43, соответствующего режиму насыщения
длинкоканального прибора, ясно видно характерное уменьшение электронной
плотности у края стока (отсечка канала)., В длинноканальном приборе (рис.
43) электроны локализованы у границы с окислом, в то время как в
короткоканальном МОП-транзисторе (рис. 44) электронная плотность довольно
глубоко простирается в толщу подложки.
На рис. 45 показаны линии одинаковой электронной плотности в плоскости х-
у, рассчитанные для рассматриваемых МОП-транзисторов с длиной канала
2,23; 0,73 и 0,23 мкм. Видно, что, как уже говорилось выше, в
длинноканальном МОП-транзисторе с длиной затвора 2,5 мкм электронный ток
сосредоточен в слое толщиной ''-'200 А у границы раздела. Отметим также,
что у края стока, где происходит отсечка канала, часть линий тока уходит
от поверхности в объем подложки. В приборе с длиной затвора
1 мкм ток все еще остается сосредоточенным у границы с окислом,
однако область отсечки уже захватывает значительно большую часть длины
канала. При уменьшении длины канала до 0,23 мкм (длина затвора 0,5 мкм)
линии тока уходят глубоко в подложку, а свойства прибора теряют
длинноканальный характер.
62
Глава 8
В заключение следует констатировать, что из-за сложной природы двумерного
распределения потенциала выразить в простой аналитической форме вольт-
амперные характеристики короткоканальных приборов невозможно. Подходящие
приближенные выражения можно получить, определенным образом модифицируя
основное выражение (22), тем или иным способом "выделяя" действующие
заряды (например так, как это показано на рис. 36). Обычно в таких
упрощенных аналитических моделях удается путем подбора подходящих
значений подгоночных параметров обеспечить неплохое соответствие с
