11.3.2 Der normale Betriebsbereich



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11.3.2 Der normale Betriebsbereich

Im normalen Betriebsbereich fließt ein Großteil des Stroms über den Kanal; der überlagerte, noch immer vorhandene Strom durch das Substrat ist dagegen vergleichsweise klein.

Die Bilder 11.15 bis 11.20 zeigen die Verhältnisse bei .

Das dargestellte Gebiet in diesen Bildern und in allen folgenden Betriebsbereichen stellt einen repräsentativen Ausschnitt aus der simulierten Geometrie dar, in dem die Verhältnisse in Kanal, spacer layer und supply layer gut erkennbar sind. Die Vorgänge im Substrat wurden für den Subthreshold-Fall bereits eingehend erläutert.

An den Heteroübergängen an beiden Enden des Kanals und beim Übergang vom supply layer zu den caps (bei ) bilden sich als Folge der Diskontinuität in den Bandkanten lokale Raumladungszonen aus, indem beim Breitbandhalbleiter eine Verarmung und beim Schmalbandhalbleiter eine Anreicherung stattfindet. Diese Raumladungszonen gleichen ähnlich wie bei einer Diode die Quasiferminiveaus auf beiden Seiten aneinander an. Beim drainseitigen Ende des Kanals bildet die hohe Energiebarriere, die die Elektronen überwinden müssen, um den Kanal zu verlassen, ein Hindernis. Elektronen, die diese Barriere überwunden haben, geraten in eine Driftzone mit starkem Feld, die dann durch die hohe Dotierung unter dem Drain in eine Ohmsche Zone übergeht (bei etwa ).

Die Elektronenkonzentration (Bild 11.16) in der Mitte des Kanals ist noch immer wesentlich kleiner als an dessen source- und drainseitigem Ende, jedoch reicht die Depletionswirkung des Gates nur mehr etwa bis zur Kanaltiefe. Über den Feldeffekt des Gates wird die Trägerkonzentration im Kanal gesteuert. Die Drain-Source-Spannung fällt zu einem großen Teil entlang des Kanals ab, was man am Pseudo-Quasiferminiveau (Bild 11.17) erkennen kann. Eine genaue Bestimmung ergibt ein Quasiferminiveau von am Sourceende und am Drainende des Kanals. Es werden also von den Drain-Source-Spannung 78 % entlang des Kanals verbraucht, 20 % für die Überwindung der Heterobarriere am drainseitigen Ende und für die darüberliegende Driftzone, die allerdings sehr kurz ist.

Die Beweglichkeit der Elektronen in dieser Driftzone ist ziemlich gering; da aber die Driftzone sehr dünn ist (in -Richtung) und eine hohe Querschnittsfläche besitzt (Drainlänge mal Bauelementbreite), hat sie eine hohe Kapazität, die bei hohen Frequenzen den Strom zum Drain weiterleitet.

Im Kanal beginnt nach dem Ende des Source-Implants bei etwa ein Bereich mit sehr hoher Beweglichkeit, in dem die Temperatur der Elektronen noch relativ klein ist (Bilder 11.19 und 11.20). Mit ansteigender Temperatur sinkt dann die Beweglichkeit, die unter dem drainseitigen Ende des Gates den Minimalwert erreicht. Am Ende des Gates ist auch der Kanal am stärksten abgeschwächt. Danach erreichen die Elektronen die Drain-Implantationszone mit höherer Elektronenkonzentration und kleinerer Temperatur.

 

 

 

 

 

 



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Martin Stiftinger
Fri Oct 21 18:22:52 MET 1994