Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Зи С. -> "Физика полупроводниковых приборов Книга 2" -> 3

Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.

Зи С. Физика полупроводниковых приборов Книга 2 — М.: Мир, 1984. — 456 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikapoluprovodnikovihpriborov21984.djvu
Предыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 145 >> Следующая

также, что в неравновесных условиях, для того чтобы инвертировать
поверхность вблизи стока, требуется большее напряжение на затворе, чем в
равновесном случае, когда i|je(inv) са 2tyB Это обусловлено тем, что
напряжение на стоке понижает электронный квазиуровень Ферми, а
инверсионный слой на поверхности может образоваться только в том случае,
когда поверхностный потенциал, отсчитанный от собственного уровня энергии
Eit пересекает квазиуровень Ферми неосновных носителей.
На рис. 5 приведены для сравнения пространственные распределения зарядов
и зонные диаграммы в примыкающей к стоку части р-области в равновесных и
неравновесных условиях [17]. В первом случае, который подробно рассмотрен
в гл. 7, при инверсии толщина обедненной области достигает своего
максимального равновесного значения Wm. В неравновесном случае толщина
обедненного слоя зависит от напряжения на стоке VDt а поверхностный
потенциал, соответствующий началу сильной инверсии, с достаточной
степенью точности можно считать равным
%(inv)^ Vd + Щв- (0
Соотношения, устанавливающие связь между зарядом инверсионного слоя,
зарядом в обедненной области и напряжением на затвор для неравновесного
случая выводятся аналогично тому, как это сделано в гл. 7для равновесного
случая. При этом, однако, используются еще два дополнительных
предположения: 1) квазиуровни Ферми основных и неосновных носителей не
зависят от расстояния до границы раздела; 2) разность между этими
квазиуровнями равна напряжению на стоковом переходе, т. е. ЕРр ~
- ЕРп -Ь qVD (для /7-подложки). Первое предположение в условиях
инверсии приводит к несущественным ошибкам, поскольку в этом случае заряд
основных носителей составляет пренебрежимо малую часть полного
пространственного заряда в приповерхностном слое. Второе предположение
справедливо только в условиях сильной инверсии, когда заряд инверсионного
слоя составляет
М ОП -транзисторы
11
Р(Х)
fix)
Wn
m
Qb
"Qn
Wn
.77
Qg "Qn
X
Рис. 5. Распределение зарядов и зонные диаграммы в инвертированной части
/7* ПОДЛОЖКИ [17].
а - при равновесных условиях; 6- неравновесные условия вблизи стока,
существенную часть полного заряда приповерхностной области
полупроводниковой подложки.
Основываясь на этих предположениях, запишем одномерное уравнение Пуассона
для области пространственного заряда в примыкающей к стоку части /7-
подложки в виде
дЧ' _ _
е
дх*
f (Ni - NJ + р - п).
(2)
где, как и в гл. 7,
N в N а = Яро ррО > РрО ~ N а , р = ррлв
но п = np(ie^~^v D, (3 = q/kT.
Тем же способом, что и в гл. 7, получим отсюда
^ = = р, vd,
-рф
и
дХ ~ qLD
г\ ___ о gp _________ V2ZgkT
4s = - es0s = + -
(3)
(4)
(5)
12
Глава 8
= Ге~н -f № - 1 + e"pvo - pij)epvs - 1 ]'1/2, (6)
L Pvo J
В режиме сильной инверсии полный поверхностный заряд (5) можно
представить в виде
и Qn заряда, обусловленный неосновными носителями в инверсионном слое"
Здесь xt -точка, в которой собственный уровень Ферми пересекает
квазиуровень Ферми неосновных носителей - электронов. Для используемых на
практике уровней легирования кремния величина xt довольно мала (30-300
А). Выражение (11) является одним из основных соотношений теории МОП-
транзистора о длинным каналом, и в конкретных ситуациях соответствующая
зависимость Qn (г|?в) рассчитывается численными методами. Более простое и
удобное выражение для Qn, справедливое при достаточно сильной инверсии,
дает так называемая модель заряженных слоев [18]:
Выражения (11) и (12) для Qn выведены для случая, когда обратное смещение
на подложке отсутствует (VBS *=¦ 0). При наличии такого смещения при
расчете Qn следует подставить 0 (VD + Ув5) в формулу (12) вместо PV^.
а
(7)
Qs==Qn~{' Qb>
(8)
где
QB - - qNAWm - - 2qNАг$ (Vo -j- 2ij)fi)
(9)
(10)
e(S4>8-pvD)-]l/2
Г-ФЧГ}- (12)
МОП-транзисторы
13
8,2.2. Линейная область характеристик. Область насыщения
Рассмотрим сначала качественно работу МОП-транзистора. Будем считать, что
напряжение на затворе структуры G достаточно для сильной инверсии на
границе с окислом (рис. 6, а). Тогда, если напряжение на стоке VD не
слишком велико, инвер-
Vr>Vr
VD (малые)
~ I*
Рис. 6. МОП-транзистор в линейном режиме (малые напряжения на стоке) (а),
в начале насыщения (отсечка канала на границе со стоком Y =*= L) (б) и В
режиме насыщения (показано уменьшение эффективной ллиньт канала) (в).
14
Глава 8
сионный слой действует как обычное сопротивление, и тск через проводящий
инверсионный канал ID будет увеличиваться пропорционально напряжению
стока VD. Эта область называется линейной областью работы прибора. С
увеличением напряжения на стоке в конце концов достигается момент, когда
ширина канала xit а следовательно, и заряд инверсионного слоя Qn в точке
у - L (прямо на границе стока) становится равным нулю. Эти условия
соответствуют началу режима отсечки канала (рис. 6, б). Напряжение стока
в данном режиме обозначим VDsat. При больших напряжениях (VD > Vr>sat)
точка отсечки Y сдвигается к истоку, а ток стока при этом увеличивается
Предыдущая << 1 .. 2 < 3 > 4 5 6 7 8 9 .. 145 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed