Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
представлены на рис. 23,6 как функция степени легирования подложки для
различных толщин окисла. Величина \(dUTldT) положительна для я-канальных
и отрицательна для р-канальных приборов. Легко заметить, что для данной
толщины окисла величина dUrl'dT в основном возрастает с увеличением
степени легирования.
'При данной температуре '(например, комнатной) концентрация примесей в
подложке оказывает основное влияние "а пороговое напряжение UT¦
Соотношение между Ut и концентрацией NA дается уравнением 1(48), где
Если n-канальный МДП-транзистор обедненного типа (что означает, что
прибор нормально открыт при нулевом напряжении на затворе и что для
уменьшения тока исток - сток требуется подача
б)
Рис. 23. Влияние температуры на пороговое напряжение МДП-транзисторов.
а - экспериментальная зависимость порогового напряжения от температуры; 6
- зависимость \dUT/dT\ системы Si-S1O2 от концентрации примеси в подложке
при различных толщинах окисла [Л. 25].
отрицательного -смещения на затвор), то его "пороговое напряжение Ut
меньше нуля. Чтобы изготовить /г-канальный МДП-транзистор обогащенного
типа, мы можем увеличить концентрацию в подложке так, что
V4e"NAkT ln (NAltii) 2kT
2kT 1 I f Qis \
+ - ln (NjJnt) J > j - (Ф",8 + %¦)
L c* - . x
(50)
Щ > 0.
На рис. 24 .представлена зависимость [Л. 26] порогового напряжения от
сопротивления подложки для .плотности поверхностного заряда 5,4 • 1011
см-2. Экспериментальные точки хорошо согласуются с рассчитанной кривой
(сплошная линия). Ясно, что пороговое
напряжение изменяется в зависимости от температуры, концентрации в
подложке NА, работы выхода металла затвора Ф-ms, поверхностного заряда
Qfs и толщины изолятора C,-=e,/d.
Помимо температуры и концентрации, на характеристики МДП-транзистора
влияет ориентация поверхности и радиационные эффекты, подобные тем, что
описаны в гл. 9. В системе Si-Si02 плотность фиксированного
поверхностного заряда на плоскости (100) меньше, чем на плоскости (lil 1)
Это приводит к тому, что пороговое напряжение МДП-транзистора,
изготовленного на подложке с ориентацией <100>, будет меньше. Это
действительно подтвер ждается экспериментами (Л. 27]. Если структура МДП-
транзистора подвергается воздействию ионизирующей радиации, что
рассматривается в гл. 9, вблизи поверхности раздела полупроводник -
изолятор образуется связанный положительный объемный заряд, который
вызывает сдвиг напряжения плоских зон. Это в свою очередь приводит к
изменению порогового напряжения. Указанное поведение приборов наблюдалось
экспериментально [Л. 28].
6. Физические ограничения МДП-транзисторов. Первым фундаментальным
ограничением МДП-транзистора является максимально допустимое напряжение
стока, которое определяется степенью легирования подложки и профилем
диффузии (с которым связан эффект кривизны перехода) i[JI. 29], выше этой
величины наступает пробой р-п перехода стока.
Второе ограничение связано с так называемым эффектом '(эффект смыкания).
С увеличением напряжения на стоке эффективная длина канала V уменьшается.
Очевидно, что когда величина L' уменьшится до -нуля, сток сомкнется с
истоком и ток стока больше ¦не 'будет управляться. Напряжение на стоке
при эффекте смыкания может быть рассчитано из уравнения (37) в
предположении, что L'=iО и Ud-Uв sat = UpT |(прокола) (Л. 5]:
0,01 0,1 1,0 10 100 Сопротивление, ом-см
Рис. 24 Теоретическая (сплошная линия) и экспериментальная зависимости
порогового напряжения от сопротивления ' подложки для плотности
поверхностного заряда 5 - 10П слг2 [Л. 26].
Для слаболегированных подложек, но длинного канала напряжение смыкания
очень велико и в основном сначала происходит лавинный пробой.
Время пролета [Л. 6, 30, 31] через канал - следующее ограничение. Так как
время пролета пропорционально длине канала, возведенной в квадрат
[уравнение '(43)], то желательно делать канал как можно короче. В канале
длиной 1 мкм время пролета составляет 10-11 сек, что соответствует
максимальной частоте '10 Ггц.
Ограничения по мощности (Л. 9] для МДП-транзисторов аналогичны
ограничениям для биполярных транзисторов. Мощность рассеивания
ограничивается в первую очередь тепловым сопротивлением системы корпус -
транзистор. Для длины канала, .много меньшей, чем толщина пластины, отвод
тепла из канала в подложку идет радиально, и тогда мощность рассеивания
логарифмически зависит от температуры. Шум в МДП-т.ранзисторе накладывает
ограничения на уровни минимальных сигналов детектирования или усиления. В
МДП-транзисторе наблюдаются три типа шумов: тепловой шум, генерационно-
рекомбинационный и 1// шум, как и в р-п переходах. Тепловой шум (Л. 32]
возникает главным образом "з-за флуктуаций носителей тока в канале,
которые модулируют канальную проводимость. Этот шум важен на высоких
частотах. Произведение эквивалентного входного теплового шумового
сопротивления на крутизну gm МДП-транзистора равно 2/3 для приборов с
подложкой собственной проводимости и ¦ увеличивается с увеличением
