Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
крутизна не зависит от напряжения на стоке, но пропорциональна напряжению
на затворе в соответствии с уравнением (32)
На рис. 11,в показана подобная зависимость, но с UG-UT в качестве
переменной и UD в качестве параметра. Интересно отметить, что для
К (= |/^VQ) < 1
проводимость канала gp в линейной области в соответствии с уравнением
(27а) равна крутизне в области насыщения в соответствии с уравнением (32)
"
5. Общие характеристики
1 Вольт-амперные характеристики. Чтобы вывести наиболее важные
характеристики МДП-транзистора, в предыдущем параграфе мы использовали
ряд допущений. Теперь мы продолжим рассмотрение с тем, чтобы учесть
эффекты, связанные с поверхностным зарядом диффузионными токами и т. д.
Фиксированный поверхностный заряд и различие в работах выхода главным
образом вызывают сдвиг
напряжения Ufb (напряжения плоских зон). Это в свою очередь вызывает
изменение порогового напряжения Ut, например в линей ной области
напряжение UT должно быть преобразовано:
U.
V2e*4NA (24в)
T-UFB + ZVB+- с_
Qfs\ . """ . V^Na^b
= (фта + -?) +2ФВ +
Сг
(33)
Для рассмотрения эффекта, связанного с диффузионной компонентой тока, мы
сначала обратимся к трехмерной зонной диаграмме n-канального МДП-
транзистора |[Л. 19], изображенной на рис. 12. Рисунок 12,6 дает
диаграмму плос-
Рис. 12. Трехмерная диаграмма энергетических зон п-канального МПД-тр а
нзистор а
а - конфш-урация прибора; б - равновесная зонная диаграмма при отсутствии
смещения (UD-Uс= 0) (случай плоских зон); в - равновесная диаграмма в
присутствии напряжения на затворе; г - неравновесная диаграмма в
присутствии смещения как ка затворе, так и на стоке.
показана зонная диаграмма в условиях равновесия при наличии напряжения на
затворе, которое вызвало инверсию поверхности. Зонная диаграмма в
неравновесных условиях при напряжениях на стоке и затворе показана на
рис. 12,г, где мы отметили разделение квази-
уровней для электронов и дырок. Плотность тока стока, включающая
дрейфовую и диффузионную составляющие, дается как
1ю(х, у) = qli-nti<§г, + qD"1Ди=-q.Dпп(х, у)-Д?г", (34)
где -квазиуровень электрона, отсчитанный от объемного уровня Ферми.
JUCL
б)
Рис. 13. Выходные характеристики и связан" 1ые
а - теоретические (пунктирные) и экспериментальные
имеющего d=2 ООО А, N^=4,6 - 10й см-3, Ц р =256 см?1в • сек,,
стора при различных концентрациях примеси в подложке;
для различных длии канала и легирования подложки;
затвора
Тогда полный ток стока [Л. 119]
L
ID = J JD {х. у) Z dx= J DnqZ (-J n (x, y) dx dy = UDV,
z Wn Г Г
L у j j
VBF
¦ dWdU,
(34a)
где X; - точка, за которой концентрация электронов пренебрежимо мала.
Полученный выше результат основан на приближении плавно меняющегося
канала, т. е. продольное поле <§v меньше, чем поперечное поле <§*.
Обоснованность этого приближения будет обсуждаться ниже.
Напряжение на затворе Uc связано с поверхностным потенциалом 4%:
ОМ Pj)
Теория
21 Эксперимент
Na=IO*cm.-* L =5,5 мкм 5,0 0,5 О
U'g = UG
2еМ
¦U
Qs
FB
2e kT _ ( /гРо \
cyrDF[^'-u--tr) + ^
(35)
S 4 5 6 7 8 3 10 If 12 в .6)
с ними электрические параметры МДП-транзисторов.
(сплошные линин) выходные характеристики р-канальиого МДП-траизистора,
площадь 8,4 • 10-4 си''\ б - зависимость UDeat от Uс кремниевого МДП-
транзи-
в - зависимость сопротивления стока в области насыщения от Vc при C/D=I0
в а - зависимость проводимости канала в линейной области от напряжения
(Л. 19. 20],
МО XfO г
1,0
0,5
0 -1
Для отдельных приборов уравнение (34а) может быть рассчитано численно.
Входящие величины: объемная концентрация примеси N д., физические размеры
прибора, постоянная эффективная подвижность носителей - обсуждались в
разд. 3. Типичный результат расчета выходных характеристик показан на
рис. 43,а. Они очень хорошо демонстрируют явление насыщения тока.
Результат расчета правилен для всех областей напряжения стока: от
линейной области до области насыщения.
Относительная важность двух компонент тока может быть легко
иллюстрирована соотношением
D{dn/dy) _ {Нл-Л) ;
tVz<Pa ^ п, ( '
"где ps и ns - концентрации носителей на поверхности полупроводника.
Вблизи перехода истока в канале h^Na и составляющая диффузионного тока
ничтожно мала, в то время как в области обеднения ""СЙ/а и диффузионную
составляющую необходимо принимать в расчет. Из результатов обсуждения,
проведенного в разд. 4, следует, что в приборе с коротким каналом '(менее
10 мкм) ток насыщения не достигает постоянного уровня, как показано на
рис. 13,а. Это происходит из-за расширения области объемного заряда,
который уменьшает эффективную длину канала. На рис. 7,в ширина области
пространственного заряда - это расстояние между точкой У и краем контакта
стока. Оно может быть описано известной формулой для области обеднения
п+-р перехода:
L-V= Y2cs(UD-UDsai)/qNA, (37)
т. е. L уменьшается до L'. Теперь ток стока из уравнений (31) н (37)
запишется в виде
JD (UD ^ UDsat ) = 2L' i W<3 U't)2 ^
\L-[2es(UD-UDsat)/qNAY2 }
