Физика полупроводниковых приборов Книга 2 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
поперечного поля <?х при трех температурах (cfy < 103 В/см) [24].
Продольное электрическое поле 8у t 0/см
3авнси"ость дрейфовой скорости электронов от продольного поля при
некоторых значениях поперечного поля [25, 26].
26
Глава 8
VDt В
температуре поверхностная подвижность уменьшается с увеличением
эффективного поперечного электрического поля
x)ell - - ^Qb Н 2~ QnJ " (45)
где (^A)ett - поперечное электрическое поле, усредненное по распределению
электронов в инверсионном слое.
При увеличении продольного электрического поля &у наступает насыщение
дрейфовой скорости (аналогично тому, что наблюдается в объеме кремния).
Экспериментальные зависимости дрейфовой скорости инверсионных электронов
от величины продольного электрического поля приведен^ на рис. 14 [25,
26]. При фиксированном значении поперечного электрического поля<§Гх
дрейфовая скорость при малых значениях пропорциональна продольному полю
S'у, причем коэффициент пропорциональности равен подвижности Зависимость
jin от приведена на рис. 13. При увеличении поля^у дрейфовая скорость
стремится к определенному пределу. Ее зависимость от поля можно
аппроксимировать довольно общим выражением [27]
"<=41 + (?)* (-?+°Г'+(-? )Г/2 ' <46>
где V& vs и G - подгоночные параметры, а
и0 = цп(&х)&1,- (47)
М ОП-транзисторы
27
Отметим, что подвижность (Sx) - однозначная функция поперечного поля Sx.
Если Sy -> О, зависимость (Sy) стремится к vd = v0 = fxn (Sx) Sy. Если же
\inSy > vs, дрейфовая скорость примерно равна величине vs, которая также
зависит от поперечного электрического поля Sx.
В гл, 6 рассматривалось влияние насыщения дрейфовой скорости на
характеристики полевых транзисторов с р-я-переходом в качестве затвора.
Аналогичные результаты для МОП-транзистора приведены на рис. 15, где
сравниваются; расчетные характеристики, полученные в предположении
постоянной подвижности, и экспериментальные зависимости в том же приборе
с учетом насыщения дрейфовой скорости [28]. Эффект насыщения дрейфовой
скорости приводит, во-первых, к существенному уменьшению тока насыщения
МОП-транзистора и, во-вторых, к тому, что ток насыщения примерно
пропорционален напряжению на затворе, а не квадратичен, как предсказывает
теория идеального МОП-транзистора [28]. В условиях насыщения дрейфовой
скорости ток насыщения МОП-транзистора
Id sat = ZCi (VG - VT)vs, (48)
и, следовательно, его крутизна в этом режиме постоянна:
gm = (dl D s*i)/dVG = ZCiVs. (49)
8.2.5. Температурная зависимость
Температура влияет на многие параметры и характеристики МОП-транзисторов,
в особенности на подвижность, пороговое напряжение и форму подпорогового
участка характеристик. При напряжениях на затворе, обеспечивающих сильную
инверсию, подвижность инверсионных носителей при Т >* 300 К уменьшается с
температурой по закону Г"2 [24].
Рассмотрим температурную зависимость порогового напряжения (выражение
(30)) в линейной области работы МОП-транзистора
VT = <Р" - $ + 2Ч'в + _ (50)
Поскольку разность работ выхода <pws и фиксированный заряд окисла не
зависят от температуры, дифференцируя выражение (50} по температуре,
получим [29]
dVT di\'B
~W = ~W
где
<51>
<5.а)
28
Глава 8
-50 0 50 100
Т, °С
а
Nв , см 3
6
Рис. 16. Зависимость порогового напряжения от температуры (а) и
зависимость dVfldT от уровня легирования в Si - SiOo-структурах с
различной толщиной окисного слоя (б) [29. 30].
Рис. 17. Передаточные характеристики Длиннока-нальНого прибора (L =*
=" 9 мкдо) при различных температурах [31J.
----- теоретически^! -О-*
экспериментальйыё,
М ОП-транзисторы
29
Типичные экспериментальные значения порогового напряжения в Si___Si02-
CHCTeMax в окрестности комнатной температуры при-
ведены на рис, 16, а [29, 301. Видно, что экспериментальные точки в этом
температурном диапазоне лежат на почти прямых линиях, Значения
соответствующих производных можно рассчитать, воспользовавшись формулой
(51) при комнатной температуре. Результаты такого расчета для МОП-
структур с различной толщиной слоя окисла в зависимости от уровня
легирования подложки приведены на рис. 16, б. Отметим, что при заданной
толщине слоя окисла величина производной dVT/dT в основном увеличивается
с ростом уровня легирования.
С понижением температуры характеристики МОП-транзисторов улучшаются
(особенно в подпороговой области). На рис. 17 приведены передаточные
(сток-затворные) характеристики длинноканального МОП-транзистора (L - 9
мкм), параметром которых является температура [31 ]. Отметим прежде
всего, что при уменьшении температуры от 296 до 77 К пороговое напряжение
возрастает от Vj - 0,25 до 0,5 В, Такое увеличение Vj подобно показанному
на рис, 16, а. Однако наиболее важным улучшением является значительное
уменьшение характерного перепада затворного напряжения 5, требуемого для
изменения подпорогового тока на порядок (от 80 мВ на декаду при 296 К до
22 мВ на декаду при 77 К). Такое (примерно четырехкратное) уменьшение 5 в
основном обусловлено температурным множителем kTlq в формуле (42) Другими
