Статья:

Туннельные токи утечки в полевом транзисторе

Конференция: XLIII Студенческая международная заочная научно-практическая конференция «Молодежный научный форум: технические и математические науки»

Секция: Технические науки

Выходные данные
Проничев А.В., Солдусова Е.О. Туннельные токи утечки в полевом транзисторе // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XLIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 3(43). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/3(43).pdf (дата обращения: 24.09.2018)
Лауреаты определены. Конференция завершена
Эта статья набрала 27 голосов
Мне нравится
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
Дипломы
лауреатов
Сертификаты
участников
на печатьскачать .pdfподелиться

Туннельные токи утечки в полевом транзисторе

Проничев Артем Валерьевич
студент, Самарский Государственный Технический университет, РФ, г. Самара
Солдусова Елена Олеговна
студент, Самарский Государственный Технический университет, РФ, г. Самара
Цирова Ирина Семеновна
научный руководитель, канд. физ.-мат. наук, доц., Самарский Университет, РФ, г. Самара

 

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.

 

Рисунок 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.

 

Рисунок 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 (рисунок 3).

 

Macintosh HD:Users:800391key:Desktop:НАУЧНАЯ РАБОТА:Конференции 2015:Для публикации:Рисунок 6.jpg

Рисунок 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.

 

Список литературы:
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.