Podręcznik
3. Parametry statyczne tranzystora MOS
3.1. Parametr beta tranzystora
Zgodnie ze wzorem (2.5) jest to parametr określony przez cztery czynniki materiałowo-konstrukcyjne:
Pojemność dielektryka bramkowego
(na jednostkę powierzchni) określona jest przenikalnością dielektryczną i grubością dielektryka. W przypadku SiO2 granicę możliwości określa minimalna grubość tlenku (pojedyncze nanometry) ograniczona możliwościami technologicznymi oraz możliwością jego przebicia napięciowego.
Ze względu na stosunkowo niewielką wartość względnej przenikalności elektrycznej SiO2 (ok. 3.5 – 4) dokonywane są próby z innymi dielektrykami. Główne trudności związane są z jakością przejścia półprzewodnik-dielektryk i komplikacjami (kosztem) procesu technologicznego. W zastosowaniach specjalnych można spotkać warstwy Si3N4 (ei=7.5) lub Al2O3 (ei=9) na cienkiej, buforowej warstewce SiO2.
Wymiary kanału
są systematycznie zmniejszane. Długość kanału w standardowych technologiach wynosi już 0.18 do 0.35 mm, a w najbardziej zaawansowanych poniżej 0.1 mm. (Jest to zwykle tzw. wymiar charakterystyczny dla danej technologii).
Projektant układu osiąga zadaną wartość parametru b tranzystorów (2.5) kształtując topografię układu, tj. przez określenie stosunku szerokości do długości kanału. Należy przy tym pamiętać, że efektywna długość kanału jest krótsza od „topograficznej” o zasięg implantacji/dyfuzji bocznej źródła i drenu:
|
L≈Lmask−Lj. |
(3.2) |
Ruchliwość nośników
w kanale ma znacząco mniejszą wartość od ruchliwości objętościowej ze względu na większą koncentrację centrów rozpraszających w obszarze przypowierzchniowym półprzewodnika (defekty strukturalne, zanieczyszczenia). Dążenie do zwiększenia wartości tego parametru jest jednym z powodów zastosowania warstw z krzemo-germanu.
Ruchliwość nośników w kanale jest funkcją napięć polaryzujących dla dużych ich wartości. Wzrost napięcia na bramce wiąże się z degradacją ruchliwości w kanale w poprzecznym polu elektrycznym (w przepływie prądu drenu wzrasta udział nośników indukowanych tuż przy powierzchni, gdzie rozpraszanie jest intensywniejsze). Ponadto wzrost napięcia dren-źródło i tym samym pola wzdłużnego w kanale powoduje nasycanie prędkości unoszenia nośników. Efekty te można uwzględnić w uproszczonym wyrażeniu empirycznym:
|
μ=μ01+θ|UGS−UT|+|UDS|LEk, |
(3.3) |
gdzie m0 jest wartością ruchliwości dla małych pól, współczynnik q przyjmuje wartości ok. 0.01 do 0.08 V-1, pole krytyczne Ek wynosi ok. 104 V/cm (prędkość unoszenia osiąga wówczas wartość rzędu 107 cm/s).
W przypadku bardzo krótkiego kanału, nasycanie się prędkości unoszenia może być przyczyną nasycania charakterystyk wyjściowych tranzystora.