Диффузионно-дрейфовая модель МДП-наноструктуры

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

-'

~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

д /о! Л

для p-канального МДП-транзистора:

(

'оР

ЯйпР+о Фр

(

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