в этом случае говорить об эквивалентной электрической толщине окисла (equivalent oxide thickness electrical, EOTelec). Если уровень легирования затвора ~ 1020 см-3, то толщина обедненного слоя в материале затвора оказывается ~ 0.4..1.0 нм.

С учетом отношения диэлектрических проницаемостей эффективная толщина увеличивается на 0.15…0.3 нм. Это существенно, поскольку современные подзатворные изоляторы имеют толщину, сопоставимую с 1 нм. Уменьшение эффективной емкости подзатворного окисла крайне нежелательно и, поэтому, разрабатываются методы борьбы с эффектом затворного обеднения:

•использование металлического затвора, который сложнее поликремниевого с технологической точки зрения;

•увеличение степени легирования затвора, например, за счет дополнительной ионной имплантации, что также приводит к усложнению и удорожанию технологии.

3.22.Температурная зависимость порогового напряжения

Важно, что пороговое напряжение МОПТ зависит от температуры, что, главным образом, определяется температурной зависимостью положения уровня Ферми в объеме полупроводника ϕF и

ширины запрещенной зоны кремния EG . Другим источником тем-

пературной нестабильности порогового напряжения является наличие поверхностных состояний.

Контактная разность потенциалов для n+ -поликремниевого затвора равна

и поэтому формула для порогового напряжения принимает вид

Тогда температурный коэффициент порогового напряжения определяется производной

96

Поскольку экспериментальное значение температурного коэффициента ширины запрещенной зоны кремния в области комнатных температур составляет dEG/dT – 0.27 мэВ/К, то для уровней легирования NA ~ 1016 см-3 и малых плотностей поверхностных состояний (Dit < 1011 см-2 эВ-1) типичные значения температурного коэффициента находятся в диапазоне -4.0…-0.5 мВ/K.

97

Важно подчеркнуть, что в соответствии с формулой (3.2.3) нестабильность плотности поверхностных состояний приводит к нестабильности температурного коэффициента порогового напряжения.

Рис. 3.18. Экспериментальные зависимости порогового напряжения VT до (●) и после (■) облучения, а также напряжение середины зоны VMG до (▲) и после (▼) облучения в n-МОП транзисторах как функции температуры измерения

Например, воздействие ионизирующего излучения приводит к накоплению поверхностных состояний и существенному усилению зависимости порогового напряжения от температуры (рис. 3.18).

98

4.Вольт-амперные характеристики МОПТ

4.1.Затворное напряжения как функция поверхностного потенциала в подпороговой области

В подпороговой области заряд в инверсионной области очень мал, а зависимости всех зарядов являются плавными функциями поверхностного потенциала

VG −ϕMS ϕS + q (N A xd − Nt )CO . (4.1.1)

Это означает, что во всей подпороговой области изменение затворного напряжения приблизительно пропорционально изменению затворного потенциала

Безразмерный коэффициент пропорциональности определяется емкостями поверхностных состояний Cit , обедненной области CD

напряжению VT соответствуют значения поверхностных потенциалов ϕF и 2ϕF , можно записать приближенные равенства:

VG −VT = m (ϕS − 2ϕF ) , VT −VMG = m ϕF . (4.1.4)

Используя (4.1.4) и (3.9.3), получаем плотность заряда в инверсионном слое как функцию затворного напряжения

Это выражение справедливо только в подпороговой области, когда

VG <VT .

99