Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
чтобы улучшить надежность, воспроизводимость и рабочие характеристики
прибора, необходимо уменьшить плотность ловушек.
3. Ограничения по мощности (Л. 14]. Рассеяние мощности представляет
собой одно из основных ограничений .прибора. Для того чтобы получить
более реальное выражение произведения коэффициента усиления на ширину
полосы пропускания, в число основных теоретических характеристик будет
введено рассеяние мощности. Рассеяние мощности на единицу площади в месте
изгиба кривой зависимости Id от Ud выражается:
Ne^Nt(xc0 - x0)^=Nt In К (0) vnct] - Ntx0. (34)
1
Ne(t0->t)=z;Nt - In (t/tB)¦
(35)
o
о
I Dsat UDsat
(36)
ZL
где
Г __ ZVb*t rjj
1 Dsat 2 Ld *' Dsatf
(37a)
Ud sab-iUG-VT- :(376)
Комбинируя уравнения ;(36) и (37), получаем:
/2LdP \i/3 UDsat - ^ [Anef ] • (38)
О
.Произведение коэффициента усиления на ширину полосы про* пускания в
месте изгиба выражается тогда в виде {из уравнения (1.1а)]
1VW 1 (^-)1/3(^)2/3р>/3. (39)
2mL2 2m
Таким образом, произведение Коэффициента усиления на ширину полосы
пропускания возрастает как корень кубический из допустимого рассеяния
мощности на единицу площади и как коэффициент (Р-п/Я)2/3 . Эта величина
отличается от коэффициента (p"/Z.2), где пренебрегли мощностью рассеяния;
картина теплового потока в TFT представлена на рис. 11,а. Тепло
образуется в активной области прибора, которая имеет форму длинной узкой
-полосы на поверхности подложки. Тепло может быть отведено путем
теплопроводности через подложку и через электроды, а также излучением.
Тепловой поток на расстоянии г от центра нагретой области может быть
выражен:
dT
Я, = - m rkZ (40)
где k - теплопроводность изолирующей подложки. Интегрируя это выражение,
-получаем величину теплового потока
г nkZ (Т, - Т%)
Н'= --Infer - (41)
Тепло может быть также отведено из активной области через электроды
истока и стока и в этом случае выражается:
(12)
где Г - толщина электрода, a k' - теплопроводность электрода. Тепловые
потери излучением выражаются в виде
Н3 = 2,74-Ю-12 ?, (Т*- li)ZL, (43)
где Ei - излучательная способность (примерно от 5 до 70) в зависимости от
металла и -состояния его поверхности. Тогда полная рассеиваемая мощность
выражается как
P(max) = (Hi+H2+H3)IZL. ¦ (44)
Для реальных размеров прибора и твердотельных материалов самые
значительные тепловые потери происходят за счет теплопроводности
подложки. Теоретическое рассеяние мощности (сплошные линии) для
тонкопленочного транзистора '(TFT) с геометрией, пока-
Ю5-
занной на рис. 11,а, представлено на рис. 11,6 в зависимости от
теплопроводности подложки. Даны также полученные эксперимен-
а -
-с
3 ?
Ч 3:
Тепловая проводимость подложки, кал/(сек-см*С)
Рис. 11. Геометрия и рассеяние мощности для тонкопленочного транзистора.
а - модель теплового потока в тонкопленочном транзисторе (TFT); б -
теоретическая и экспериментальная величина рассеяния мощности для (TFT) с
геометрией, представленной в (а) 1JI. 141; / - подложка; 2 - приближенная
изотерма при комнлткой температуре; 3 - активная обларть прибора.
100
ма
10
1,0
0,1
0,1 ( ю в
Рис. 12. Теоретические выходные характеристики при постоянных мощностях
рассеяния [Л. 14].
ц=300 смг/в ¦ сек
гально точки для стеклянной и сапфировой подложек. Отметим, что при
температуре 76 °С максимальное рассеяние мощности составляет вОО вт/см2
на стеклянной подложке и 1 ¦ 104 вт/см2 - на сапфировой. Теоретические
характеристики тонкопленочного транзистора с геометрией, показанной на
рис. Ы,а, приведены на рис. 12. Подвижность электронов предполагается
равной 300 смЩв-сек). На графике !(рис. .12) показаны местоположение UD
sat И ЛИНИИ НО* стоянного рассеяния мощности. Если прибор должен работать
в области насыщения и не превышать ограничения рассеяния мощности,
графически его работа должна быть ограничена областью вправо от
местоположения -Unsat и ниже кривой мощности, т. е. углом ABC на рис. '12
для -прибора на стеклянной подложке.
3. Транзисторы на "горячих" электронах
1. "Горячие" электроны в металлах. Как установлено ранее, приборы на
основе твердого тела могут быть использованы в качестве электронного
прибора или для изучения фундаментальных физических параметров. В
настоящее время все транзисторы на "горячих" электронах принадлежат к
последней категории приборов. Прежде всего будет изучено время жизни
"горячих" электронов в металлах. Под "горячим" электроном понимают
электрон с энергией, превышающей иа несколько kT энергию Ферми, где k и Т
- соответственно постоянная Больцмана и температура решетки, и, таким
образом, "горячий" электрон не находится в тепловом равновесии с
решеткой. Простейшее рассмотрение зависимости времени жизни "горячих"
электронов от энергии графически дано на рис. 13. В соответствии с
.принципом Паули возбужденные электроны с энергией (Е-EF) выше уровня
Ферми могут взаимодействовать лишь с электронами проводимости в диапазоне
энергий (Е-EF)' относительно энергии Ферми (заштрихованная область).
