Исследование зависимости токов утечки от напряженности полевого транзистора | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 6 марта, печатный экземпляр отправим 10 марта.

Опубликовать статью в журнале

Автор:

Рубрика: Физика

Опубликовано в Молодой учёный №3 (345) январь 2021 г.

Дата публикации: 12.01.2021

Статья просмотрена: 6 раз

Библиографическое описание:

Солдусова, Е. О. Исследование зависимости токов утечки от напряженности полевого транзистора / Е. О. Солдусова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2021. — № 3 (345). — С. 10-13. — URL: https://moluch.ru/archive/345/77518/ (дата обращения: 25.02.2021).



В статье автор оценивает ток утечки МДП-транзистора, используя формулу Фаулера — Нордгейма.

Ключевые слова: токи утечки, напряженность, полевой транзистор, плотность тока Пула — Френкеля

Введение

Физика низкоразмерных структур — актуальная и динамично развивающаяся область современной физики твердого тела. При переходе к системам нанометрового масштаба квантовые эффекты играют ключевую роль в функционировании приборов на их основе [1–5]. В данной работе проводится сравнительный анализ туннельного тока в функционировании современных полевых транзисторов. Объектом исследования является туннельный ток.

Ток Фаулера-Нордгейма в МДП-транзисторе

Для численной оценки тока утечки МДП-транзистора используют формулу Фаулера-Нордгейма [4]. Эта формула позволяет рассчитать туннельный ток в квазиклассическом приближении в присутствии электрического поля:

.

Здесь E — напряженность электрического поля в тонком слое диэлектрика. Значения констант для материалов SiO2 — Si равны:

.

В работе рассчитаны значения плотности тока (механизм Фаулера-Нордгейма) для разных значений напряженности электрического поля между затвором и каналом МДП-транзистора. На рисунке 1 представлен график зависимости тока утечки от напряженности поля E.

График зависимости тока утечки от напряженности

Рис. 1. График зависимости тока утечки от напряженности

Незначительное увеличение напряженности электрического поля вызывает заметный рост тока утечки.

Эффект Пула-Френкеля

Суть эффекта заключается в понижении барьера кулоновского потенциала при воздействии электрического поля, что приводит к увеличению концентрации носителей тока. Для расчета плотности тока Пула-Френкеля используют формулу [3]:

,

где: — постоянная Пула-Френкеля.

Для вычисления зависимости используем нормировку:

, ,

, ,

.

На рисунке 2 представлен график зависимости плотности тока Пула-Френкеля от напряженности электрического поля.

a) График зависимости тока Пула-Френкеля от напряженности при T=300K; б) сравнение графиков зависимости плотности тока Фаулера-Нордгейма (пунктирная линия) и тока Пула-Френкеля (сплошная линия) от напряженности

Рис. 2. a) График зависимости тока Пула-Френкеля от напряженности при T=300K; б) сравнение графиков зависимости плотности тока Фаулера-Нордгейма (пунктирная линия) и тока Пула-Френкеля (сплошная линия) от напряженности

Из графиков видно, что ток Пула-Френкеля оказывает незначительное влияние на работу транзистора в отличие от тока Фаулера-Нордгейма.

Современные транзисторы могут работать только в определенных пределах значений напряженности. Для полевого транзистора с толщиной диэлектрика из диоксида кремния в 0.15 мкм этот предел равен . При превышении этого значения напряженности происходит пробой диэлектрика.

Проиллюстрируем зависимость плотности тока Пула-Френкеля от температуры в доступных для транзистора пределах напряженности (рис. 3).

График зависимости плотности тока Пула-Френкеля от напряженности электрического поля и от температуры

Рис. 3. График зависимости плотности тока Пула-Френкеля от напряженности электрического поля и от температуры

Расчеты показывают, что при большем значении абсолютной температуры резкое возрастание плотности тока Пула-Френкеля происходит при меньшем значении напряженности электрического поля.

Заключение

В работе проведен расчет туннельного тока утечки (механизмы Фаулера — Нордгейма и Пула — Френкеля) в современном МДП-транзисторе. Сравнительные численные оценки, проведенные в данной работе, показали:

1) ток Пула-Френкеля дает малый вклад в токи утечки современных нанотранзисторов;

2) ток Фаулера-Нордгейма при фиксированном значении напряженности не зависит от толщины диэлектрика;

3) с ростом напряженности электрического поля ток утечки Фаулера-Нордгейма резко возрастает, что негативно сказывается на работе устройств на основе МОП-транзисторов;

4) с ростом температуры ток Пула-Френкеля, появление которого так же негативно влияет на работу транзистора, возрастает при меньших значениях напряженности.

Литература:

  1. Афонский А. А., Дьяконов В. П. Электронные измерения в нанотехнологиях и в микроэлектронике. — М.: — ДМК Пресс, 2011. — 688 с.
  2. Кобаяси Н. Введение в нанотехнологию. — М.: Бином, 2005. — 134 с.
  3. Минько Н. И., Строкова В. В. Методы получения и свойства нанообъектов — М.: ФЛИНТА, 2013. — 165 с.
  4. Mark Lundstrom, Jing Guo. Nanoscale Transistors. Springer, 2006. — 213 с.
  5. Scanning Probe Microscopy and Spectroscopy: Theory, Techniques, and Applications Ed. Dawn Bonnell Wiley-VCH; 2 edition, 2000. — 493 с.
Основные термины (генерируются автоматически): электрическое поле, ток утечки, туннельный ток, график зависимости плотности тока, график зависимости тока утечки, значение напряженности, меньшее значение напряженности, полевой транзистор, работа транзистора, толщина диэлектрика.


Ключевые слова

полевой транзистор, напряженность, токи утечки, плотность тока Пула — Френкеля
Задать вопрос