Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника



Статическая рассеиваемая мощность.




Читайте также:
  1. Динамическая рассеиваемая мощность
  2. Максимальная статическая сила и максимальная произвольная статическая сила мышц
  3. Местная гемостатическая консервативная терапия
  4. Механическая работа. Мощность. Энергия. Кинетическая энергия.
  5. Мощность.
  6. Остаточное намагничение. Коэффициент Q. Виды остаточной намагниченности(ориентационная, термостатическая, вязкая)
  7. Простая однономенклатурная статическая модель управления запасами.
  8. Работа и мощность.
  9. Работа постоянной и переменной силы. Мощность.
  10. Работа силы. Мощность. Энергия.

Статическая мощность в КМОП БИС рассеивается тогда, когда логический элемент находится в некотором фиксированном состоянии («0» или «1»), и ее величина определяется значением токов утечек канала МОП транзистора, обратных токов p – n-переходов и нагрузочными токами.

К статическому энергопотребелению относятся: подпороговые токи утечки из истока в сток за счет надбарьерного активационного переноса носителей между стоком и истоком; туннельные токи утечки через ультратонкий (~ 1 нм) подзатворный окисел; межзонные туннельные токи утечки через p – n-переход стока в подложку.

Наиболее важными механизмами токов утечек в современных транзисторах являются:

ток обратносмещенного p –n-перехода стока I1,

подпороговый ток I2,

туннельный ток из затвора I3,

ток затвора из-за инжекции горячих носителей I4,

ток утечки стока, индуцированный затвором I5.

Рисунок 5.10– Механизмы токов утечки в современных МОП транзисторах объемной технологии

Токи I2, I5 – утечки, существенные только в закрытом состоянии, I1, I3– играют важную роль и в закрытом, и в открытом состояниях. Ток I4может присутствовать в закрытом состоянии, но наиболее характерен для открытого состояния.

Роль различных механизмов утечки менялась по мере развития технологии. В технологиях с длиной канала 1 мкм преобладали токи обратносмещенного p – n-перехода, для длин канала ~0,5 мкм – подпороговые токи между стоком и истоком. Для технологий с технологической нормой менее 100 нм преобладает туннельный ток через тонкий подзатворный окисел.

Прямое туннелирование через прямоугольный барьер подзатворного окисла n-МОП транзистора соответствует переходу электронов из зоны проводимости (или из валентной зоны) кремния непосредственно в затвор. Этот ток существенен только для малых толщин подзатворных окислов (< 3 – 4 нм), типичных для современных приборов. При такой толщине барьера туннельный ток заметен даже при малых электрических полях в окисле и малых смещениях на затворе.

При прямом туннелировании ток пропорционален вероятности туннелирования , которая определяется как

P~exp (-), (5.3)

где - эффективная длина, характеризующая вероятность туннелирования; ~3,1 эВ – эффективная высота потенциального барьера, разделяющая кремниевую подложку и затвор.



При сильных электрических полях в окисле трапециевидный потенциальный барьер вырождается в треугольный, что приводит к увеличению вероятности туннелирования из зоны проводимости кремния непосредственно в зону проводимости SiO2.

Такое происходит при электрических полях, больших некоторого критического поля Eок.кр, при которых падение потенциала в окисле Uок превосходит высоту барьера между зоной проводимости Si и SiO2.

Измеряемый ток Фаулера – Нордгейма невелик даже при очень больших полях (~ 5-10-7А/см2при поле 8 МВ/см). Поэтому в нормальном режиме работы транзисторов им можно всегда пренебрегать.

Если обе стороны p – n-перехода сток-подложка достаточно сильнолегированы, то при обратном смещении перехода создаются условия для прямого туннелирования между валентной зоной стока и зоной проводимости p – подложки(ток I1, рис. 5.10). Выражение для плотности туннельного тока зона-зона имеет тот же вид, что и для тока туннельного пробоя p – n-перехода. Туннельный ток утечки через обратносмещенный p – n-переход стока ставит верхний предел легирования подложки ~1018 см-3.



Подпороговый ток утечки обусловлен термоактивационным перебросом носителей из истока в сток (ток I2, рис. 5.10).

Подпороговый ток утечки определяется как подпороговый ток транзистора при нулевом затворном напряжении. Выбор порогового напряжения обусловлен компромиссом между потреблением мощности и быстродействием. Для быстродействующих схем, где необходимо использование максимальных рабочих токов, порог выбирается на уровне 15-20% Uc. Для маломощных схем, где важно минимизировать ток в закрытом состоянии, пороговое напряжение выбирается на уровне 40-50% Uc.

Эффективная туннельная проницаемость подзатворного окисла сильно зависит от величины электрического поля в окисле. Наибольшее электрическое поле в окисле сосредоточено в области между затвором и стоком, для случая, когда на сток подано большое напряжение Uск>>Uпор, близкое к напряжению питания Uc, а на затвор близкое к нулю, поскольку в этой области максимальна разность потенциалов между двумя электродами.

Между затвором и стоком появляется большая (порядка напряжения питания Uc) разность потенциалов и возникает сильное электрическое поле в окисле. Это приводит к тому, что в области перекрытия стока затвором реализуется режим глубокого обеднения. Если изгиб зон на поверхности q s превысит величину ~ 1,12 эВ, равную ширине запрещенной зоны кремния, возникает режим инверсии и появляется возможность прямого туннелирования электронов из валентной зоны в зону проводимости (ток I5, рис. 5.10).

Переход электронов из валентной зоны в зону проводимости означает генерацию электронно-дырочных пар. При этом электроны движутся к электроду стока, а дырки уходят в подложку.



Для приблизительной оценки величины мощности, рассеиваемой вследствие токов утечки, можно использовать следующее упрощенное выражение:

, (5.4)

где - напряжение питания, - число транзисторов, - эмпирический коэффициент, учитывающий особенности применяемой технологии, - суммарный ток утечки одного транзистора.


Дата добавления: 2014-11-13; просмотров: 14; Нарушение авторских прав







lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2021 год. (0.027 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