1 / 27

Wenn Transistoren kalt wird…

Wenn Transistoren kalt wird…. Modellrechnungen zum Metall-Isolator-Übergang bei MOS-Transistoren. Thomas Hörmann. Betreuung: a.Univ.-Prof. Dr. Gerhard Brunthaler. Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik. MOS-Transistor. (Metal-Oxide-Semiconductor).

Download Presentation

Wenn Transistoren kalt wird…

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Wenn Transistoren kalt wird… Modellrechnungen zum Metall-Isolator-Übergang bei MOS-Transistoren Thomas Hörmann Betreuung: a.Univ.-Prof. Dr. Gerhard Brunthaler Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik

  2. MOS-Transistor (Metal-Oxide-Semiconductor) Milliardenfache Verwendung in der Mikroelektronik als Schalter: Spannung an der Gateelektrode steuert Stromfluss zwischen Source und Drain

  3. Wie leitet ein Halbleiter? Eigenleitung: Elektronen und Löcher

  4. Wie leitet ein Halbleiter? Eigenleitung: Elektronen und Löcher

  5. Wie leitet ein Halbleiter? Eigenleitung: Elektronen und Löcher

  6. Wie leitet ein Halbleiter? Eigenleitung: Elektronen und Löcher

  7. Wie leitet ein Halbleiter? Dreiwertige Fremdatome: p-Dotierung

  8. Wie leitet ein Halbleiter? Dreiwertige Fremdatome: p-Dotierung

  9. Wie leitet ein Halbleiter? Fünfwertige Fremdatome: n-Dotierung

  10. Wie leitet ein Halbleiter? Fünfwertige Fremdatome: n-Dotierung

  11. MOS-Transistor Grenzfläche p-n stellt für die Elektronen eine Barriere dar (p/n-Diode in Sperrrichtung) → kein Stromfluss zwischen Drain und Source

  12. MOS-Transistor postive Gatespannung: Elektronen werden zum Gate hin gezogen, Löcher aufgefüllt alternative Sichtweise: Löcher werden abgestossen noch mehr Elektronen → frei beweglich → Inversionsschicht

  13. MOS-Transistor Inversionsschicht: nur einige nm dick zweidimensionales Elektronensystem Barriere ist verschwunden → Stromfluss Gatespannung ↔ Elektronendichte ↔ spezifischer Widerstand

  14. Metall-Isolator-Übergang Übergang zwischen metallischem und isolierendem Verhalten Grenzfläche zwischen Metall und Oxid??? 1994: Kravchenko, Pudalov und Mitarbeiter Messung des spezifischen Widerstandes der Inversionsschicht Auf den Kurven konstante Elektronen- dichte in der Inversionsschicht kleine Elektronendichte → isolierend → mit fallender Temperatur steigt der spezifische Widerstand größere Elektronendichte → metallisch → mit fallender Temperatur sinkt der spezifische Widerstand Kravchenko, Pudalov et al., PRB 50, 8039 (1994); PRB 51, 7038 (1995)

  15. Metall-Isolator-Übergang Was ist das Besondere daran? Theoretische Vorhersage: Ein zweidimensionales Elektronensystem sollte sich immer isolierend verhalten

  16. Modelle Einige Modelle, die den Übergang erklären können: • Wechselwirkung zwischen den Elektronen • Streuung der Elektronen an Ladungen im Oxid → Trapmodell Trap = Stelle im Oxid, die ein Elektron einfangen kann

  17. Trapmodell Unordnung in der Grenzschicht: • Energie einzelner Elektronen so hoch, dass sie die Bindung unter Umständen verlassen

  18. Trapmodell Unordnung in der Grenzschicht: • Energie einzelner Elektronen so hoch, dass sie die Bindung unter Umständen verlassen • unkompensierte positive Ladung bleibt zurück → Streuung Ob das tatsächlich passiert, hängt u.a. ab von: • Elektronendichte in der Inversionsschicht • Temperatur • Abstand zwischen Bindung (=Trap) und Inversionsschicht

  19. Trapmodell Berechnung des spezifischen Widerstandes Aufintegrieren der Beiträge zum spezifischen Widerstand über alle möglichen Abstände zwischen Trap und Inversionsschicht: Integral mit analytischen Methoden nicht berechenbar!

  20. Trapmodell Berechnung des spezifischen Widerstandes Aufintegrieren der Beiträge zum spezifischen Widerstand über alle möglichen Abstände zwischen Trap und Inversionsschicht: Integral mit analytischen Methoden nicht berechenbar! Bereits vorhandene Arbeit: Näherung für den Integranden

  21. Trapmodell Berechnung des spezifischen Widerstandes Aufintegrieren der Beiträge zum spezifischen Widerstand über alle möglichen Abstände zwischen Trap und Inversionsschicht: Integral mit analytischen Methoden nicht berechenbar! Bereits vorhandene Arbeit: Näherung für den Integranden

  22. Trapmodell Berechnung des spezifischen Widerstandes Aufintegrieren der Beiträge zum spezifischen Widerstand über alle möglichen Abstände zwischen Trap und Inversionsschicht: Integral mit analytischen Methoden nicht berechenbar! Bereits vorhandene Arbeit: Näherung für den Integranden Unsere Arbeit: numerische Integration

  23. Trapmodell Berechnung des spezifischen Widerstandes Aufintegrieren der Beiträge zum spezifischen Widerstand über alle möglichen Abstände zwischen Trap und Inversionsschicht: Integral mit analytischen Methoden nicht berechenbar! Bereits vorhandene Arbeit: Näherung für den Integranden Unsere Arbeit: numerische Integration

  24. Erstes Ergebnis Kurven: konstante Elektronendichte in der Inversionsschicht Ähnliches Ergebnis wie bei bereits vorhandener Arbeit Übergang, aber kein isolierendes Verhalten

  25. Berücksichtigung der Trapladungen Experiment: Gatespannung wird konstant gehalten Annahme: Elektronendichte konstant MOS-Transistor als Kondensator V=C∙Q Spannung V konstant → Ladung Q konstant Elektronendichte – Dichte der Trapladungen konstant

  26. Berücksichtigung der Trapladungen Kurven: konstante Gatespannung Metall-Isolator-Übergang!!!

  27. Vielen Dank für dieAufmerksamkeit!

More Related