CC BY
75
Скляров Н.Е., Волков В.В., Зверева. В.В., Кротов К.Б. , Баннов В.Я., Трусов В.А.
ДИФФУЗИОННО-ДРЕЙФОВАЯ МОДЕЛЬ МДП-НАНОСТРУКТУРЫ
При рассмотрении эффекта Холла в короткоканальной МДП-наноструктуре выясняется неприемлемость известных моделей переноса заряда. В работах [1,2], описывающих работу МДП-транзистора в условиях неоднородного канала используемая формула
не отражает реальные физические процессы, проходящие в неоднородном канале.
Согласно предлагаемой модели [3] ВАХ короткоканальной МДП-наноструктуры определяется процессами, происходящими в обратно-смещённом p-n-переходе, при этом концентрация неосновных носителей заряда в p-области управляется напряжением на затворе и дрейфовой составляющей плотности тока. Измерения подвижности носителей заряда в канале МДП-наноструктуры проводились методом Холла на специальных интегральных тестовых микроструктурах с разделёнными истоками. Были получены теоретические и экспериментальные зависимости. В однородном канале при напряжении на затворе менее 0,5 В ток Холла линейно зависит от напряжения между стоком и истоком Уп и изменяется незначительно. С увеличением неоднородности при Уд >0,5 В ток Холла возрастает более чем в 10 раз и определяется как диффузионным, так и
дрейфовым переносом заряда в области канал-сток.
Поэтому предлагается модель короткоканальной МДП-наноструктуре, объясняющая перенос носителей за-+ + + ряда в рамках теории pn перехода и изотипных параллельно включенных пп - и п n-переходов.
Согласно предлагаемой модели [3], ВАХ короткоканальной МДП-наноструктуры определяется плотностью тока j обр через обратно-смещенный pn+-переход в системе, где концентрация неосновных носителей заряда в p-области npo (Z) управляется напряжением на затворе VG, которое также изменяет и площадь pn+-перехода, а также дрейфовой составляющей плотности тока jdrx через область nn+-перехода или параллельных n+n/nn+-переходов, возникающих на границе канал-сток под действием VG:
j drx ^
или
! , г),
і
Где і
ОЭ
Обэ
Z - глубина канала.
Согласно [3] максимальное значение плотности тока через pn-переход равно диффузионному току:
ЯОрр+по , ЯОппро(уе, г)
-'
~п
где первое слагаемое представляет собой плотность дырочного тока, а второе ного тока.
Ток через обратно смещенный pn-переход:
( яУоI^
плотность электрон-
Іобр ЗіЗіїї
I
кТ
V
У
Тогда общий ток через контакт канал-сток jD равен:
^ = Ц обр+
или
( я\Уо I ^
- (
фрР,
+
ррпо
дРпПроУ, г),
I - Є
кТ
к-с обр
согласно
определяется как:
і
к -с обр
Ообр■
Я ппРр
где фк - контактная разность потенциалов,
/0сбр - напряжение канал-сток.
Плотность тока насыщения через обратно смещенный pn-переход j Dsat определяется как ЯйрРпо . ЯОрРпо
ІйБві
ргпо
где
ір-Р7?; іп-4°^ - диффузионная длина дырок и электронов, соответственно;
Pno, Ppo - равновесные концентрации дырок в n-области, соответственно.
С увеличением концентрации неосновных носителей Pno и Ppo плотность обратного тока насыщения j DSat через p-n-переход возрастает.
Таким образом, для n-канальной МДП-наноструктуры:
(
] 0П
ЯРрРпо , ЯРп{Про(/С ))
д /о! Л
для p-канального МДП-транзистора:
(
'оР
ЯйпР+о Фр(Рпо(/в))
(
д/о! Л I - є кТ
--кк^ЯМІПпо(/с ЇЇ , іобр
где прсув ) , ПпоУ ) - усредненная по Z (глубина канала) концентрация неосновных носителей заряда.
Но
толщина слоя объемного заряда области канал-сток (пп или п п);
+
где
, О Ув)
п^Ус) = ъ^) I проУс, г )& .
, О Ус)
ппоУс ) I РпоУс , г )&. ,
О ус ) о
где D=D(VG) - глубина залегания 1-го слоя, которая зависит, в первую очередь, от VG и некоторых
других параметров подзатворной области: ЛЕд, Ыа
Используя экспериментальные и теоретические зависимости Тн(Уп) и 1н(Уд ) в предлагаемой физикоматематической модели были определены подвижность носителей заряда в неоднородном канале МДП-наноструктуры и степень деградации подвижности для различных конструктивно-технологических вариантов изготовления КМДП СБИС.
ЛИТЕРАТУРА
1. Зи С. Физика полупроводниковых приборов. Ч.1.М.: Мир, 1984. 456 с.
2. Малер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных систем.М.: Мир, 1989. 630 с.
3. Скляров Н.Е. Модель подвижности носителей заряда в канале интегрального МДП-транзистора. Физико-химические процессы микроэлектронной технологии.
4. Сб. научн. тр. МИЭТ. - М.: 1993. с. 141-147
