FET - elektroneutralitás egyenlet alapján nem egyensúlyi körülmények között
6.10. Elektroneutralitás egyenlet nem-egyensúlyi körülmények
Amint azt a 6. szakaszban kimondott áram-feszültség jellemzői a tranzisztor kell találni a kapcsolat a felületi potenciál és ψs φc Fermi kvázi-szintet. Vegyük az egyenlet elektromos semlegesség:
A töltés az SCR tartalmaz töltés Qn szabad elektronok a csatorna és a töltés az ionizált akceptorok QB. amint azt a (6,54). Felbontjuk díjat QB a hatáskörök ψs közel a küszöbértéket ψs = 2φ0 felületi potenciál.
A méret CB * - kapacitás a kiürített tartomány a küszöbértéket a felületi potenciál ψs. 2φ0.
Tekintettel (6,60) és a (6,61), az arány (6,59) válik:
Azt mondjuk, hogy a küszöb feszültség VT feszültség MISFET kapu VGS egyensúlyi körülmények között (φc = 0), amely megfelel a küszöb potenciális ψs = 2φ0:
Tól (6,62) és az (6.63) következik, hogy
Mivel az értékeket a küszöb feszültség (6,64) elektroneutralitás egyenlet:
ahol n és δψs lesz egyenlő:
A faktor N - szám jellemző a kapacitív aránya felszíni államok és a Css = qNss kimerülése régió kapacitív CB, hogy a kapu kapacitása a dielektrikum Sox. Értékei n eshet valós MIS struktúrák tartományban 1 ÷ 5. Δψs mennyiség jellemzi az eltérés egy adott ponton a felületi potenciál a küszöbértéket. A kifejezés (CB / Cox) (kt / q) az egyenletben (6,65) felel meg, a töltés Qn szabad elektronok egy küszöbértéket a felületi potenciál és általában kicsi összehasonlítva a többi kifejezéseket a jobb oldalán egyenlet (6,65).
A gyenge inverziós díjat szabad elektronok kicsi és az utolsó kifejezés (6,65) elhanyagolható. Mivel a kapu feszültség VGS, és a küszöb feszültség VT - állandók, a (6,65), amely a gyenge inverziós régió minden pontján az inverzió csatorna érték
Ez állandó szinten kell maradnia. Constant talált a feltétellel, hogy közel a forrás φc = 0, és, következésképpen,
Ebből következik, hogy a pre-tér függését a felületi potenciál a kvázi-Fermi ψs φc fogja meghatározni a következő kifejezés:
Itt ψs0 - értéke a felületi potenciál egy csatornán ponton, ahol φc = 0.
Az m érték egyenlő:
Így egy MIS tranzisztor gyenge inverzió hiányában Capture a felületi állapotuktól (NSS = 0; m = n) a felületi potenciál nem függ ψs kvázi Fermi φc, és így állandó mentén inverziós csatornán. Ez fontos következtetés okoz számos jellemzői a MIS tranzisztor jellemzőket gyenge inverziós.
Az erős inverziós területen, amikor β (ψs - 2φ0 - φc)> 7 egyenletben (6,65), a jobb oldalon a domináns távú kapcsolódó szabad hordozók a díj QW. Ezért szükséges, hogy a csatorna mentén állandó marad minden pontján az elektron töltése összeget Qn. Mivel ezen a területen, hogy Qn érvényes kifejezés (6,58), ezt kapjuk:
Következésképpen, az erős inverziós
6.10 ábra mutatja egy példakénti kiszámítása a funkcionális kapcsolat között ψs és φc egyenlet (6,65) készült numerikusan. Kiszámításának paramétereit adjuk meg az ábrán feliratot.
Ábra. 6.10. A függőség a felületi potenciál értékétől ψs φc kvázi Fermi csatornás MOSFET különböző kapun feszültség VG. B.
VT = 0,95 V; NSS = December 10 cm -2 eV -1; NA = 10 16 cm -3; dox = 50 A.
A szaggatott vonal megfelel annak a feltételnek: ψs = 2φ0
Ismerve a kapcsolat a felületi potenciál és a értéke a kvázi-ψs φc Fermi. Tudod kap a kapcsolat a diffúzió és a sodródás áramösszetevőket egy tetszőleges csatornát. Valóban, (6,46), (6,47) és a (6,67), amely a gyenge inverziós régió
A gyenge inverzió régióban hiányában Capture (NSS = 0, m = n) a teljes aktuális csatorna diffúzió. Jelenlétében a befogó felületén állapotok jelennek sodródás komponenst. Fizikailag ez annak köszönhető, hogy az Advent a hosszanti elektromos mező különbségek miatt a töltelék felületének Államok a csatorna mentén. Amikor kitölti a felületi állapotuktól a fő csatorna a inverziós töltéshordozók sodródás és diffúziós áram azonos irányba. Amikor a feltétel az állandó felületi állapotú sűrűsége NSS (ψs) A tiltott sávban a félvezető közötti kapcsolat diffúziós és sodródás komponens gyenge inverzió konzervált.
A régió erős inverzió (6,46) (6,47) és a (6,69), hogy a diffúziós áram nulla és a teljes aktuális csatorna sodródás:
Az átmeneti tartományban a gyenge erős inverzió aránya sodródás komponens saját csatorna áram növeli a meghatározott értéket egyenlettel (6.70) egy.