Podręcznik: Wpływ temperatury i efekty II rzędu

3. Parametry statyczne tranzystora MOS

3.3. Wpływ temperatury i efekty II rzędu

Wpływ zmian temperatury

na charakterystyki tranzystora MOS (rys. 3.1) wynika głównie z zależności napięcia progowego i parametru b od temperatury.

Uzupelnij opis obrazka

Rys. 3.1 Wpływ zmian temperatury na charakterystykę przejściową tranzystora MOS

Wszystkie składniki decydujące o wartości napięcia progowego (1.8) są funkcjami temperatury. Najistotniejszym jest potencjał Fermiego j_F, który maleje ze wzrostem temperatury (poziom Fermiego zbliża się do samoistnego poziomu Fermiego).

Zmniejszenie nachylenia charakterystyki przejściowej na rys. 3.1 dla wyższej temperatury wynika ze zmniejszenia wartości ruchliwości nośników w kanale tranzystora i tym samym parametru b (2.5).

Efekty II rzędu

W przypadku tranzystorów submikrometrowych wzór (2.19) można uzupełnić następująco:

$U_{T}=U_{T0}+\Delta U_{T}+\Delta U_{TN}+\Delta U_{TL}+\Delta U_{TW}+\Delta U_{TD},$

(3.6)

gdzie:

U_T0 - jest napięciem progowym tranzystora długokanałowego (2.19) dla U_SB= 0,

a składniki przyrostowe opisują zmiany napięcia progowego wywołane efektami:

DU_T - polaryzacji podłoża dla tranzystora długokanałowego (2.21),

DU_TN - nierównomiernego domieszkowania podłoża,

DU_TL - krótkiego kanału,

DU_TW - wąskiego kanału,

DU_TD - oddziaływania ładunku obszaru drenu z ładunkami w obszarze kanału,

Efekt nierównomiernego domieszkowania podłoża

Podwyższenie koncentracji domieszek przy powierzchni powoduje osłabienie wpływu polaryzacji podłoża dla dużych wartości U_SB::

$\Delta U_{TN}\approx -\gamma _{s}(2\varphi _{F}+U_{SB}),$

(3.7)

gdzie g_s określa zmianę nachylenia funkcji U_T(U_SB) dla napięć wyższych od U_SBm (parametry te są wyznaczane eksperymentalnie).

Efekty krótkiego kanału oraz DIBL

Skrócenie długości kanału L lub zwiększenie napięcia U_DS powoduje zmniejszenie wartości napięcia progowego. Przyczyną jest oddziaływanie ładunku obszaru drenu (i źródła) z ładunkami w obszarze kanału (upraszczając można to oddziaływanie traktować jak wpływ dodatkowej bramki). Tradycyjnie opisuje się to zjawisko jako dwa efekty:

efekt krótkiego kanału:

$\Delta U_{TL}\approx -\frac{k_{L}}{L^{2}}(2\varphi _{F}+U_{SB})^{0.5},$

(3.8)

oraz DIBL (Drain Induced Barrier Lowering):

$\Delta U_{TD}\approx -\frac{k_{D}}{L^{2}}(2\varphi _{F}+U_{SB})^{0.5}U_{DS},$

(3.9)

gdzie współczynniki k_L oraz k_D wyznacza się doświadczalnie.

Efekt wąskiego kanału

Tranzystor wykonany w tej samej technologii, ale o węższej bramce, ma większą wartość napięcia progowego. Jest to spowodowane relatywnie większym wpływem ładunku w obszarze zubożonym wnikającym pod tlenek polowy na brzegach kanału równoległych do kierunku przepływu prądu. Najprościej można ten efekt opisać wzorem:

$\Delta U_{TW}\approx \frac{k_{W}}{W}(2\varphi _{F}+U_{SB}),$

(3.10)

gdzie k_W wyznacza się doświadczalnie.