Подвижность и механизмы рассеяния носителей в канале

Подвижность носителей в канале определяется, главным образом, тремя механизмами рассеяния:

- рассеяние на заряженных центрах

- рассеяние на фононах

- рассеяние на шероховатостях границы раздела

Иногда различают подвижность проводимости и подвижность эффекта поля. Подвижность проводимости определяется по наклону крутой области выходной ВАХ: . Подвижность эффекта поля определяется по крутизне переходной характеристике . Если считать так, то в подпороговой области при малых величинах напряжение точно выражается через пороговое напряжение:

(4.35)

В режиме сильной инверсии оба определения подвижности совпадают.

Из-за наличия прижимающего поля в канале подвижность в нём можно характеризовать рассеянием на ионизированных примесях (кулоновское рассеяние), на колебаниях кристаллической решётки (на объёмных и приграничных фононах) и рассеянием на неровностях поверхности.

Идеальная граница раздела кремний-окисел отражает электроны зеркальным образом и не вносит вклад в рассеяние. Реальная поверхность раздела кремний-окисел имеет несовершенства (шероховатость), которое обуславливает случайный характер рассеяния носителей.

Подвижность обусловленная рассеянием на неровностях поверхности пропорциональна времени столкновения с поверхностью:

Видно, что подвижность, обусловленная рассеянием на шероховатости поверхности, падает с возрастанием прижимающего электрического поля в канале.

Если предположить, что все механизмы рассеяния независимы, то эффективную подвижность носителей в канале можно записать так:

В надпороговом режиме (когда ) эффективная подвижность начинает падать в основном из-за рассеяния на неровностях поверхности (рис.4.9). Для этих величин поля подвижность часто определяют с помощью выражения:

(4.38)

Рисунок 4.9– Схематическое представление зависимости подвижности в канале от прижимающего поля для разных механизмов рассеяния

Где эмпирические параметры и 𝛳 определяются согласованной подгонкой экспериментальных данных. Коэффициент, отражающий влияние электрического поля затвор-подложка 𝛳 находится в диапазоне значений от 0.08 до 0.4 В^-1.

Построив график зависимости от (рис. 4.10) и проведя прямую линию через экспериментальные точки, можно определить и 𝛳.

Рисунок 4.10 – определение и 𝛳

Понятно, что с уменьшением проектной нормы величина прижимающего электрического поля возрастает, и подвижность носителей в канале падает.