16. Величина порогового напряжения моп-транзистора, и пути его регулирования:

Напряжение плоских зон МОП-структуры с алюминиевым и поликремниевым n⁺-типа затворами вне зависимости от типа и степени легированности полупроводника имеет отрицательное значение. Для полупроводника (подложки) р-типа инверсный n-канал на поверхности может возникнуть даже при нулевом потенциале на металлическом полевом электроде (затворе) при малой концентрации акцепторной примеси Na в подложке и при большой величине положительного встроенного заряда в окисле. Поэтому целесообразно рассмотреть ситуации, возникающие при подаче напряжения на затвор МОП-структуры с полупроводником n-типа до пороговой величины U_пор при которой на поверхности образуется проводящий канал р-типа. Проводящий канал на поверхности полупроводниковой подложки будем считать созданным, когда проводимость поверхностного слоя будет такой же, как в объеме, но обратной электропроводности. Таким образом, плотность отрицательного заряда на затворе должна увеличиться на плотность заряда канала Q_к. Заряд такой плотности сможет удерживать дырки инверсного слоя на поверхности, обеспечивая проводимость в канале такой же, как в объеме. Напряжение на затворе, при котором индуцируется канал инверсной электропроводности с проводимостью такой же, как в объеме, называется пороговым U_пop.Воспользовавшись законом Гаусса, величину U_пop для длинноканальных транзисторов (длина канала много больше, чем толщина обедненных областей переходов стока или истока) можно выразить через плотности зарядов, участвующих в создании инверсного канала:

где C₀— удельная емкость затвора.

где N_пс— плотность поверхностных состояний, а Пороговое напряжение является очень важным параметром МОП-транзисторов, поскольку с его величиной связаны скорость переключения и подпороговый ток утечки. Величина U_пор зависит от материала затвора, плотности заряда на границе раздела Si-SiO₂, толщины подзатворного окисного слоя и концентрации примеси в полупроводнике. Изменяя эти параметры, можно управлять режимом работы МОПТ.

17. Туннельный пробой диода. Сравнительный анализ туннельного и лавинного пробоя:

В ОПЗ р-n-перехода напряженность поля может стать настолько большой, что развиваемаяим сила будет достаточна для высвобождения электронаиз ковалентной межатомной связи. С точки зрения зонных диаграмм при таком механизме пробоя электрон совершает переходиз валентной зоны в зону проводимости без взаимодействия с какими-либо другими частицами. Этот вид пробоя включает в себя туннелирование электронов через энергетические барьеры, т.к. с увеличением примесной концентрации ширина обедненной области уменьшается. При больших примесных концентрациях в полупроводнике ширина ОПЗ, соответствующая некоторому обратному напряжению, уменьшается и наклон энергетических зон в обедненной области становится все более крутым. Вследствие волновой природы электрона существует некоторая конечная вероятность того, что электрон из валентной зоны полупроводника р-типа, приблизившийся к запрещенной зоне, сможет туннелировать через нее и с той же самой энергией появится в зоне проводимости полупроводника n-типа. По аналогии с пробивным напряжением лавинного пробоя для величины напряжения туннельного пробоя можно записать:

В отличие от лавинного пробоя в случае туннельного пробоя концентрация в обеих областях р-n-перехода достаточно велика и нельзя пренебречь ни одной из них; кроме того, нужно учитывать и величину , т.к.

U_np.тyн.< U_пр.лав.. Для режима туннельного пробоя барьер на пути электронов должен иметь ширину менее 4нм, а Е_тун>= I0⁶В/см. Приборы с туннельным пробоем обычно имеют более низкие пробивные напряжения, чем приборы с лавинным пробоем. Напряженность полей при туннельном механизме пробоя выше, чем при лавинном. При лавинном пробое с ростом температуры пробивное напряжение переходов увеличивается, так как уменьшается длина свободного пробега электронов с высокой энергией. Температурный коэффициент напряжения пробоя TKU_пр при лавинном механизме положительный. При туннельном пробое влияние температуры на напряжение U_пp прямо противоположно. С повышением температуры увеличивается энергия носителей заряда, растет и вероятность туннельного перехода. Кроме того, при увеличении температуры уменьшается ширина запрещенной зоны Е_g, а следовательно, уменьшается ширина барьера. Поэтому увеличивается вероятность туннелирования, величина напряжения пробоя уменьшается, а значит, ТКU_пр при туннельном механизме отрицательный.