Эффект паразитного биполярного транзистора

В длинноканальных транзисторах при лавинном пробое сток-истока дырки, коллектируясь подложкой, приводят только к увеличению тока подложки I_п, то в короткоканальных приборах они являются также причиной уменьшения напряжения пробоя. Падение напряжения на сопротивлении подложки (рис.4.25) в силу того, что для изготовления МОП ИС обычно используются подложки с относительно высоким удельным сопротивлением, и в силу весьма малых их размеров даже при незначительных токах подложки может стать причиной механизма "включения" паразитного биполярного n-р-n (исток - подложка - сток) транзистора. Действительно, дрейфовая составляющая дырочного тока подложки может увеличить потенциал подложки, относительно вблизи расположенного истокового перехода U_пи (рис.4.25) настолько, что на истоке прибора создается режим прямого смещения. Если на р-n-переходе подложка - исток напряжение U_пи достигнет 0,6 В, то может начаться инжекция электронов из истока в подложку (рис.4.25, процесс 2).

Рисунок 4.25 – Схема, поясняющая механизм включения паразитного биполярного транзистора:1 - процесс лавинного умножения носителей в обедненном слое около стока; 2 - процесс инжекции электронов из истока в канал и подложку.

Развитие этого процесса приводит к электрическому пробою транзистора, начало которого определяется условием:

,

(4.67)

где - коэффициент передачи эмиттера паразитного биполярного транзистора,М – коэффициент лавинного умножения.

Так как концентрация примеси в истоковой области на несколько порядков выше, чем в подложке, то коэффициент инжекции электронов близок к единице. Поэтому:

(4.68)

где - эффективная толщина базы, равная длине канала L,

- диффузионная длина свободных носителей в подложке.

Коэффициент лавинного умножения можно записать в виде

,

(4.69)

где U_кэ.о- напряжение пробоя биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером и разомкнутой базой; U_cи.пр- напряжение пробоя перехода сток - подложка, n = 3..4.

Из выражений (4.67)–(4.69) для результирующего напряжения пробоя короткоканального МОПТ:

(4.70)