DOI: https://doi.org/10.18524/1815-7459.2019.2.171224

ФІЗИКА НАНОТРАНЗИСТОРІВ: НАПРУГА НА ЗАТВОРІ, ПОВЕРХНЕВИЙ ПОТЕНЦІАЛ ТА РУХЛИВИЙ ЕЛЕКТРОННИЙ ЗАРЯД У МАСИВНІЙ СТРУКТУРІ MOS ТА В ТОНКІЙ SOI

Ю. О. Кругляк, М. В. Стріха

Анотація


У третій із серії методично-оглядових статей, орієнтованих на дослідників, студентів, аспірантів та викладачів вищої школи, розглянуто фізику процесів у напівпровідниковій підкладці MOSFET. Ця фізика визначається вигином зон, що залежить від поверхневого потенціалу ψ S , який у свою чергу визначається напругою на затворі VG . Ми одержали достатньо загальну формулу (11), що пов’язує VG з ψ S . В умовах режиму виснаження одержано простіший зв’язок ψ S із VG (30), який ми часто використовуватимемо й надалі. Потім ми обговорили поведінку рухливого електронного заряду Q ∝ψ S і Q V ∝ G : яким чином електронний заряд змінюється з поверхневим потенціалом і з напругою на затворі в умовах до й після порогової напруги. Правильні результати для допорогої області напруг і в режимі сильної інверсії ми одержали, не вдаючись до чисельного розв’язання рівняння Пуассона – Больцмана. Водночас чисельний розв’язок цього рівняння покриває як підпорогову область та область сильної інверсії, так і перехідну область між ними. Ми розглянули поведінку Q ∝ψ S і Q V ∝ G для цілком іншої структури MOS, структури з виключно тонкою кремнієвою підкладкою (Extremely Thin Silicon-On-Insulator/ETSOI), що характерна для теперішньої тенденції мініатюризації транзисторів. Ми пересвідчилися, що основні особливості структури ETSOI подібні до властивостей масивної структури MOS. Одержано залежності Q ∝ψ S і Q V ∝ G для структури ETSOI як нижче, так і вище від порогу напряжений. До залежностей, що охоплюють усю область напруг на затворі, ми повернемося в наших подальших статтях. Одержані результати свідчать, що 1D електростатика прийнятна як для масивних структур MOS, так і для структур ETSOI. У подальших статтях ми покажемо, як 2D електростатика пояснює, чому структура DG ETSOI має переваги для дуже коротких нанотранзисторів.

Ключові слова


наноелектроніка; польовий транзистор; MOSFET; ETSOI; метрика транзисторів; управління транзисторами; віртуальний витік

Повний текст:

PDF

Посилання


R. F. Pierret, Semiconductor Device Fundamentals (New York: Addison-Wesley: 1996).

B. Streetman, S. Banerjee, Solid State Electronic Devices (New York: Prentice Hall: 2005).

Chenming Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits (London, UK: Pearson India: 2009).

Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha., Sensor Electronics Microsys. Tech. 15, № 4: 18 – 40 (2018).

Yu. A. Kruglyak, M. V. Strikha., Sensor Electronics Microsys. Tech. 16, № 1: 24 – 49 (2019).

M. Lundstrom, Fundamentals of Nanotransistors (Singapore: World Scientific: 2018); www.nanohub.org/courses/NT.

Y. Tsividis, C. McAndrew, Operation and Modeling of the MOS Transistor (New York: Oxford Univ. Press: 2011).

Y. Taur, T. Ning, Fundamentals of Modern VLSI Devices (New York: Oxford Univ. Press: 2013).

M. Lundstrom, Xingshu Sun, Notes on the Solution of the Poisson – Boltzmann Equation for MOS Capacitors and MOSFETs (West Lafayette, Indiana: Purdue University, USA); www.nanohub.org/resources/5338.

M. Lundstrom, ECE 612 Lecture 14: VT Engineering (West Lafayette, Indiana: Purdue University, USA); www.nanohub.org/ resources/5670.

Yu. A. Kruglyak, Nanoelektronika «snizu – vverh» , (Odessa: TES: 2015) (in Russian).

D. Vasileska, D. K. Schroder, D. K. Ferry, IEEE Trans. Electron Dev., 44: 584 – 587 (1997).

Yu. V. Popyk. Fizyka napivprovidnykiv (Uzhhorod: TOV «IVA»: 2014) (in Ukrainian).




Copyright (c) 2019 Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

ISSN 1815-7459 (Print), 2415-3508 (Online)