ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО И ЭФФЕКТЫ КОРОТКОКАНАЛЬНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ. ПОРОГОВОЕ НАПРЯЖЕНИЕ И ЕГО ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ

Электростатическое качество и эффекты короткоканальных транзисторов

Короткоканальные транзисторы являются разновидностью МДП-транзисторов с изолированным затвором и индуцированным каналом.

Самой лучшей конфигурацией МОП-транзистора является такая, которая полностью контролирует заряд в канале с помощью заряда на затворе. Электростатическое качество показывает степень идеальности транзистора. Оно характеризуется выполнением двух условий:

Электростатическое качество выражается в степени выполнения двух следующих требований:

1.  Все заряды на затворе должны индуцировать все заряды в канале;
2.  Не должно происходить влияния заряда в стоке на заряд в канале.

Осуществление данных условий не всегда возможно, так как заряд в обеденной области не только обеспечивает нужную электростатику для транзисторов, сделанных по объемной технологии, но и является паразитным. Еще одним фактором, не позволяющим выполнять вышеперечисленные условия, является геометрический фактор. Из-за того, что некоторые силовые линии, исходящие от затвора, способствует появлению дополнительного паразитного заряда. После, между затвором и стоком, а также каналом и стоком, рождается паразитная электростатическая связь. Наиболее заметны такие процессы в короткоканальных транзисторах.

Математическое выражение электростатического качества в планарной структуре выражается условием:

Существует один способ решения проблемы геометрического эффекта. Такой способо подразумевает переход к объемным от неидеальных планарных структур. Это значит, что затворами непланарной конфигурации структуры должна быть обнесена активная область кремния.

Пороговое напряжение и его геометрические эффекты

В классических моделях МОП-транзисторов пороговое напряжения V_T является характеристикой местного характера, а также не обусловливается длиной канала. У короткоканальных транзисторов пороговое напряжение является главным параметром для всего транзистора. Оно обуславливается длиной канала и конфигурацией стока. Так как некоторые силовые линии от затвора поступают на края и могут переходить на другие электроды, образуя краевой эффект.

Приближение плавного канала, которое предполагает запись «плоского» уравнения электронейтральности для локальных значений поверхностных концентраций, в данном случае не применимо. Поэтому необходимо заменить условиями глобальной (интегральной) электронейтральности условия локальной электрической нейтральности.

Так выглядит условие локальной электронейтральности:

Данное выражение представляет равенство локальных значений поверхностных плотностей [Кл/см²] в длинноканальных приборах.

Далее представлено интегральное условие электронейтральности для короткоканальных приборов, которое выражено как равенство полных зарядов [Кл]:

Последнее слагаемое обозначает заряд на электроде стока, который отвечает за паразитный эффект понижения барьера между стоком и истоком полем стока.

Список литературы:

1. Зебрев Г.И. Физические основы кремниевой наноэлектроники. Учебное пособие. — М: МИФИ, 2008. – 288 с.
2. Петрович В.П. Силовые преобразователи электрической энергии: учебное пособие / В.П. Петрович, Н.А. Воронина, А.В. Глазачев. — Томск: Томский политехнический университет, 2009. – 240 с.
3. Амелин С.А. Схемотехника. Конспект курса лекций. Смоленск, 2018. 150 с. [Электронный ресурс]. URL: https://drive.google.com/file/d/0B3u4J7t3fyZ2VkxmSHBKUWtuLUE/edit (дата обращения: 11.04.2019).