Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
w (38)
Из-за уменьшения эффективной длины канала с ростом Ub проводимость канала
gB в области насыщения (Л. 20] имеет конечную величину и может быть
получена из уравнений (29) и (38):
Md 1
dUn - ГП
Z^nCi $ mm (38a)
12 [L YUd - UDsat - Y^./QNA (Ud - UDsat)]
где U^um соответствует уравнению (29a). Величина Uq, если учитывать
сдвиг, связанный с напряжением плоских зон Ufb, должна
sum
сдв_._, -----------
быть заменена величиной U'g = Ug-Ufb
На рис. 13,6 показана зависимость Ud sat от U о при различных
концентрациях примеси в полупроводнике, которая говорит, что для данного
'U'qUd sat меньше при большей степени легирования полупроводника. В
предельном случае собственного полупроводника Ud sat-'U'o• В легированном
полупроводнике начальная точка зависимости Ud sat от IU'o смещена
относительно начала координат вдоль оси U'o", 'физический смысл
заключается в том, что ниже этого напряжения на затворе канал не
формируется и транзистор не работает.
На рис. 13,в приведена зависимость тв от U'o при Ud = 10 в для различных
длин канала и степени легирования полупроводника ГЛ. 201. Для
теоретических кривых использованы следующие величи-
L О
ны: толщина окисла затвора -1 600 А, диэлектрическая постоянная SiOa-¦
3,7; Z='0,084 см\ р,"=200 см2/(в • сек). Из кривых видно, что при данных
Ud и U'd I'd понижается с уменьшением длины канала L и степени
легирования полупроводника. Сопротивление уменьшается также с ростом U'o-
Показанные на рисунке экспериментальные точки получены на приборах,
имеющих концентрацию NА, равную 1016 см~3 и 2-il016 смг3. Наилучшее
совпадение экспериментальных точек наблюдается с кривыми, рассчитанными
для длин канала 4 и 4,6 мкм на материале с концентрацией 1016 и 2 • Ш16
смг3 соответственно. Эти длины канала хорошо согласуются с величинами,
следующими из диффузионных процессов.
Как обсуждалось в разд. 3, подвижность в канале в системе Si-'Si02
приблизительно постоянна до величин поверхностного поля около I05 в/см.
Основываясь на предположении о постоянстве подвижности, нужно ожидать,
что проводимость стока при низком напряжении стока должна линейно расти с
напряжением на затворе. Эта зависимость была действительно обнаружена в
широком диапазоне напряжений на затворе, как показано на рис. 13,г.
2. Параметры прибора. Основное уравнение прибора, данное в выражении
(34а), можно использовать для расчета других параметров прибора в широком
диапазоне напряжений на стоке. Емкость затвора в режиме короткого
замыкания определяется как)
где QM-полный заряд на металлическом электроде затвора, при данном
напряжении стока дается выражением \Л. 19]
О |t/?)=constt '
(39)
Ud
о
(40)
Рис. 14. Сравнение теоретических и экспериментальных зависимостей
параметров МДП-транзи-сторов от режима работы.
а - теоретические и экспериментальные кривые емкости затвора в режиме
короткого замыкаиия для
n-канального МДП-траизистора, имеющего d=1 700 А" Л'Л = 1,6- 1016 слН5, _
площадь 8,4 - 10"4 см1-, б - теоретически е и экспериментальные кривые
крутизны р-каналь-ного МДП-транзистора,
имеющего d-6 >200 =6,4 • 10м см~\ =326 см*1{в 8.4 • 1(Ь4 см2:
A; Nd=
сек), площадь в - теоретиче-
ские и экспериментальные кривые проводимости канала р-канального МДП-
транзистора, имеющего d-
=2 100 A, WD=il,6 • -101Б с*-3, р,р=343 см?!(в • сек), площадь 8,4 • 1(Ь4
см? [JI. 19].
JUKJUV
300
гоо
9(tm) т
- UD=ge Теория ООО
о о оссадз^ Эксперимент---------
-9 в 8
Величины Сое, вычисленные из уравнений (39) и (40), показаны на рис.
(14,а. Видно, что расчет не только детально описывает структуру емкости,
но также дает замечательное соответствие с экспериментальными данными
(сплошные линии).
Крутизна также может быть легко получена из уравнений (34а) и (35).
Типичный пример приведен на рис. 14,6. На нем ясно показано закругление
характеристики в точке насыщения. При высоких напряжениях на затворе
наблюдается несоответствие между расчетными и экспериментальными
величинами, которое, по-видимому, имеет место главным образом из-за
зависимости подвижности носителей от поля. На рис. 14,е приведена
теоретическая и экспериментальная проводимость стока gD^>(dlD/dUD)Uo.
Проводимость стока (или канала) оценена на переходе стока, где при
насыщении становится значительной роль диффузионного тока. Остаточная
проводимость стока имеет место главным обоазом из-за уменьшения длины
канала ^[уравнение (38)], которая обеспечивает конечную проводимость
стока за точкой насыщения.
На рис. 1'5 приведено изменение поверхностного потенциала ЧР5,
квазиуровня электронов EFn и поверхностной концентрации электронов вдоль
канала при работе МДП-транзистора в насыщении. Из рис. 15,а видно, что
поверхностный потенциал непрерывно растет
а) б) в)
Рис. 15. Характеристики поверхностного потенциала, квазиуровня Ферми и
поверхностной концентрации электронов вдоль канала
О
МДП-транзистора, работающего в точке насыщения (d-2 000 А, Nd=4,6-1014
смг3, ? = 70 мкм, Z- 1 200 мкм).
