Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Подпороговые токи




Как упоминалось, критерии короткоканальности МОПТ связаны с появлением подпороговых токов. Анализировались передаточные (т.е. от Uзи)характеристики нескольких МОПТ, изготовленных по стандартной n-канальной технологии на пластинах р-кремния с ориентацией (100).[] После выращивания подзатворного окисла заданной толщины с помощью рентгеновской литографии на пластинах формировались поликремниевые затворы длиной от 1 до 10 мкм и одинаковой шириной 70 мкм. Переходы стока и истока были получены имплантацией ионов мышьяка с последующим отжигом. Глубина переходов варьировалась от 0,25 до 1,5 мкм в зависимости от энергии имплантации и режима отжига. Концентрация легирующей примеси в подложке варьировалась от 1014 см-3 до 1017 см-3. Особенно ярко проявлялись эффекты короткого канала при анализе характеристик транзисторов с концентрацией в подложке Nп=1014 см-3.

Рисунок 4.17 – Подпороговые характеристики МОПТ с концентрацией в подложке NП=1014см-3

Здесь небольшой сдвиг характеристик при изменении Vc наблюдается уже в приборе с L = 7 мкм. В МОПТ с каналом длиной 3 мкм подпороговые токи и соответствующие значенияВ существенно увеличены. И, наконец, характеристики прибора с самым коротким каналом (L = 1,5 мкм) кардинально отличаются от характеристик обычных длинноканальных приборов (прибор «не выключается»).

На рис.4.17:В- параметр, характеризующий величину изменения напряжения на затворе Uз, требуемое для изменения тока стока на порядок , где Co.c. – удельная емкость обедненного слоя, Co– удельная емкость на затворе.

Такое поведение подпороговых токов можно объяснить влиянием диффузионного поля p-nперехода сток-подложка Eспна величину потенциального барьера p-nперехода исток-подложка.

Известно [1], что диффузионные токи на металлургической границе n+-исток –p-подложка в установившемся режиме нейтрализуется дрейфовыми токами, появляющимися привозникновении электрического поля в ОПЗ p-nперехода исток-подложка. В результате ослабления поля исток-подложки полем сток-подложки равновесие «диффузия-дрейф» нарушается в пользу «диффузии» и диффузионный подпороговыйток увеличивается.

Критерии, разграничивающий длинно- и короткоканальные приборы, можно попытаться определить, используя одно из двух характерных свойств обычного длинноканального МОПТ: 1) обратно пропорциональную зависимость тока стока от длины канала ~ ; 2) независимость подпорогового тока обычного прибора от напряжения стока при Vc> 3kT/q. На рис.4.18 приведены зависимости и от , где - ток стока транзисторов при напряжении на затворе равном пороговому напряжению Vпор, а - относительная разность токов при том же Vз = Vпор и двух различных напряжениях стока Vc. Началом короткоканального поведения будем считать момент, когда отклонение тока стока от длинноканальной зависимости ~ составляет 10% или когда относительная разность равна 0,1.

Результаты большого количества измерений, выполненных в МОПТ, параметры которых варьировались в широких пределах (толщина подзатворного окисла d, концентрация примеси в подложке глубина залегания переходов при напряжениях на стоке до 5 В),обобщаются довольно простым эмпирическим соотношением[3]

(4.50)

Здесь Lmin – минимальная длина канала, при которой подпороговый участок еще сохраняет длинноканальный характер, мкм; Ri – глубина залегания переходов, мкм; d – толщина слоя окисла (Ả), ( ) – сумма толщин обедненных слоев стока и истока, вычисленная в приближении одномерного резкого р-n-перехода:

, [мкм] ( = 0) (4.51)

,

где – контактная разность потенциалов исток-подложка и сток-подложка,

– напряжение смещения на подложки.

При нулевом смещении стока (Ucи = 0) толщинаXdu равна .

 

Рисунок 4.18 – Зависимость тока стока и отношения от величины

Рисунок 4.19 – Зависимость минимальной длины канала Lмин от параметраγ

На рис.4.19 приведены для сравнения результаты соответствующих экспериментальных измерений ( ) и вычислений по эмпирическому соотношению. Здесь также приведены результаты двумерных машинных расчетов зависимости Lминот (–о–), полученные на основе сформулированных выше критериев короткоканального поведения. Отметим, что в самых худших случаях экспериментальные и расчетные результаты отличаются от эмпирического соотношения не более чем на 20%, а для основного числа точек наблюдается значительно лучшее соответствие. Следовательно, эмпирическую формулу можно использовать в качестве главного ориентира в практике миниатюризации МОПТ. Все МОПТ с параметрами, которым соответствует точка в заштрихованной области рис.4.20, по своим электрическим свойствам будут короткоканальными приборами. МОПТ с параметрами, попадающими в незаштрихованную область рис.4.19, в электрическом смысле являются длинноканальными. Так, например, свойства прибора с L =10 мкм, у которого = 105 мкм3 , будут короткоканальными, в то время как МОПТ с L = 0,5 мкм, но с = 1 мкм3., будет вести себя как длинноканальный прибор.

Увеличение подпорогового тока в короткоканальных МОПТ, а также зависимость его величины от напряжения на стоке Uс можно объяснить с помощью рис. 4.20 а, б. Этот рисунок поясняет эффект понижения барьера, инициированное стоком (DIBL – DrainInducedBarrierLowering).

Известно, что диффузия свободных носителей заряда в соседние области p-n перехода при его образовании заканчивается, а величины ОПЗ и потенциального барьера окончательно устанавливаются при достижении равенства диффузионных и дрейфовых токов электронов и дырок In диф= InE,

Ip диф.= IpE. Когда длина канала L становится соизмерима с величинами ОПЗ истока Х и стока Хdc (короткоканальный МОПТ) электрическое диффузионное поле ОПЗ стока Едиф с2 на рис. 4.20,а), направленное навстречу электрическому диффузионному полю истока Едиф.и 1 на рис. 4.20, а), уменьшает величину поля истока. Равновесие диффузионных и дрейфовых токов в ОПЗ истока нарушается в пользу диффузионных, и подпороговый диффузионный ток увеличивается.

На рис. 4.20,б представлена верхняя часть (энергетические уровни Ес и ЕF)

зонной диаграммы исток-канал-сток. Так как мы рассматриваем подпороговый режим работы МОПТ, то поверхностный потенциал φFS<2φF, и, следовательно, анализируется энергетическая зонная диаграмма структуры

n+-n-- n+, причем n+ - вырожденный полупроводник. На рис. 4.20,б энергетические уровни ЕFиои ЕFсо – уровни Ферми при нулевых потенциалах истока и стока. При увеличении напряжения на стоке Ucэнергетическая щель EFс-EFио=qUCUувеличивается и, как это видно из рис. 4.20,б, потенциальный барьер исток-канал уменьшается, а ток увеличивается. Этим объясняется увеличение подпорогового тока при увеличении напряжения стока.

 

а)

 

 

б)

Рисунок 4.20 – Рисунки, поясняющие поведение подпорогового тока короткоканального МОПТ: а) влияние диффузионного поля ОПЗ сток-подложка E2на величину диффузионного поля ОПЗ исток-подложка; б) понижение барьера исток-канал при увеличении напряжения на стоке (DIBL-эффект).

а) б)

Рисунок 4.21 – Влияние DIBL на выходные (а) и передаточные (б) характеристик МОПТ


Поделиться:

Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 139; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.009 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты