16

Лекция 4 Короткоканальные эффекты в мопт

План лекции

4.1. Эффективное прижимающее поле

4.2. Механизмы рассеяния носителей в канале

4.3. Универсальная зависимость подвижности от эффективного электрического поля

4.4. Повышение подвижности с использованием технологии напряженного кремния

4.5. Короткоканальные эффекты в МОП транзисторах и электростатическое качество

4.6. Оптимизация структуры истоков и стоков

4.7. Моделирование выходного сопротивления МОПТ

Для адекватности описания тока стока короткоканальных МОПТ необходимо учитывать также следующие факторы: деградацию подвижности носителей при воздействии сильного вертикального поля, влияние объемного заряда стока, неравномерное легирование канала, последовательное сопротивление истока и стока, эффекты горячих носителей.

4.1. Эффективное прижимающее поле

Эффективное поперечное прижимающее поле представляет собой среднюю напряженность электрического поля, действующего на носители в инверсионном слое (канале):

.

Из закона Гаусса

,

где − заряд в обедненной области.

Отсюда находим:

Таким образом,

.(4.1.1)

4.2. Механизмы рассеяния носителей в канале

Физические процессы, ответственные за зависимость подвижности от ,

определяются, главным образом, тремя механизмами рассеяния: на заряженных центрах (кулоновское рассеяние), на фононах и на шероховатостях поверхности.

Значение подвижности , связанной с кулоновским рассеянием, определяется плотностью носителей в инверсионном слое. В подпороговом режиме величинапропорциональна поверхностной концентрациии уменьшается с ростомN_A в диапазоне см^-3. При концентрациях в подложке N_A < см^-3, величина определяется другими заряженными центрами − заряженными поверхностными состояниями и ловушками в окисле, действие которых в обычных условиях проявляется слабо. Однако их действие усиливается, например, если происходит инжекция горячих носителей в подзатворный окисел.

Важно иметь ввиду, что механизм рассеяния на кулоновских центрах существенен только в том случае, если плотность электронов в канале мала. В надпороговом режиме потенциал заряженных примесей эффективно экранируется свободными носителями в канале, и роль рассеяния на примесях существенно уменьшается.

Рассеяние на колебаниях решетки (фононах) зависит от концентрации фононов (N_phonТ) и усиливается с ростом температуры. В отличие от кулоновского механизма, рассеяние на фононах слабо зависит от величины прижимающего электрического поля и плотности носителей в канале и одинаково проявляет себя как в надпороговом, так и в подпороговом режиме работы транзистора.

В надпороговом режиме (V_GS >V_T) доминирующим становится механизм рассеяния на шероховатостях поверхности. Идеальная поверхность (или граница раздела) отражает электроны зеркальным образом и не вносит вклад в рассеяние. Реальная поверхность раздела кремния с окислом имеет несовершенства («шероховатости»), которые обусловливают случайный характер рассеяния носителей, что приводит к «трению» системы носителей в канале о границу раздела. Рассеяние на шероховатости поверхности, возрастает с увеличением прижимающего электрического поля в канале.