Расчет величины подвижных свободных нз в канале моп транзистора и методы ее увеличения

В аналитических выражениях для ВАХ n-канальных транзисторов (4.36)...(4.40) фигурирует такая электрофизическая характеристика полупроводникового материала, как подвижность . В объеме кристалла кремния, где подвижность определяется рассеиванием в основном на решетке и ионизированных примесях, , эта величина приблизительно сохраняется в полевых канальных транзисторах, в которых проводящие слои (каналы), соединяющие исток со стоком, находятся в теле кристалла кремния. В МОП-транзисторах с индуцированным каналом (работающим в режиме обогащения) носители протекают вблизи от границ раздела с подвижностью , величина которой значительно меньше объемной (например, значение поверхностной подвижности электронов в кремнии, где носители ограничиваются тонким инверсионным слоем, лежит в пределах 300…700 ().

Изучение поверхностной подвижности в кремнии показало, что уменьшение ее значения связано с электрическим полем, направленным нормально к поверхности, величина которого, определяется электрическими зарядами, как в обедненной, так и в инверсионной областях полупроводника. При увеличении напряжения на затворе носители прижимаются ближе к границе раздела, рассеяние от поверхности возрастает и подвижность падает, что приводит к уменьшению выходного тока и скорости переключения транзистора. Достаточно серьезные уменьшения величин электрических параметров прибора заставили ученых провести различные экспериментальные исследования, позволяющие смоделировать выражения полезные для расчетов эффективной подвижности типа

, (4.41)

где b - коэффициент уменьшения поля.

Кроме того, были предложены теоретические механизмы рассеяния, объясняющие уменьшение подвижности носителей в канале: рассеяние на приграничных и объемных фононах, кулоновское рассеяние на заряженных центрах, расположенных вблизи или на поверхности, и рассеяние на неровностях поверхности.

Экспериментальная проверка физических механизмов показала, что в основном первый из них существенно и с достаточной для эксперимента точностью влияет на уменьшение величины подвижности в инверсионном слое.

Сравнение величины подвижности при квазидвумерной вероятности рассеяния, вызванного каждым процессом рассеяния на фононах, с величиной подвижности , обусловленной трехмерными процессами рассеяния, показало, что можно записать

, (4.42)

где - длина волны электрона;

- эффективная (усредненная) толщина инверсионного слоя.