Mos-Feldeffekttransistoren

ISBN-13: 9783540558675 / Niemiecki / Miękka / 1994 / 435 str.

Reinhold Paul

Opis

Dieses moderne Lehr- und Nachschlagewerk stellt die Funktionsweise und elektronischen Eigenschaften der wichtigsten Prinzipien des MOS-Transistors- insbesondere f}r den VLSI- Bereich - umfassend dar. Verst{ndliche und zusammenfassend wertende Darstellung des Gleichstrom-, Wechselstrom-, Frequenz- und Schaltverhaltens des MOS-Transistors einschlie~lich der jeweiligen Transistormodelle. Betonte Behandlung der Besonderheiten f r den VLSI-Bereich (Einflu~ kleiner Abmessungen, Submikrometermodellierung, Einflu~ typischer Technologieschritte). Umfassendes Literaturverzeichnis bietet vielf{litge Vertiefungsm]glichkeiten.

Spis treści

1. Der MOS-Feldeffektransistor, das wichtigste Bauelement innerhalb der Familie der Feldeffekttransistoren.- 2. Der MOS-Transistor als Funktionselement. Grundlagen, Wirkprinzip und Kennlinienmodell.- 2.1 Der MOS-Zweipol.- 2.1.1 Die Raumladungszone.- 2.1.2 Einfluß von Austrittsarbeit und Oberflächenzuständen auf die Flachbandspannung.- 2.1.3 Kapazität des MOS-Zweipols.- 2.1.4 Der MOS-Zweipol mit zugängiger Inversionsschicht.- 2.2 Der MOS-Transitor. Grundlegende Kennlinieneigenschaften.- 2.2.1 Wirkprinzip. Grundmodell.- 2.3 Verbesserte Modellierung.- 2.3.1 Verallgemeinertes Flächenladungsmodell.- 2.3.1.1 Drift- und Diffusionsstrom-Kennlinienmodell.- 2.3.1.2 Kennlinie im Bereich starker Inversion.- 2.3.1.3 Linearisierung der Verarmungsladung.- 2.3.1.4 Vergleich der Kennlinienmodelle.- 2.3.1.5 Kennlinie bei schwacher Inversion.- 2.3.1.6 Bereich mittlerer Inversion.- 2.3.2 Besondere physikalische Effekte.- 2.3.2.1 Beweglichkeitsmodellierung.- 2.3.2.2 Kanallängenmodulation. Sättigungsverhalten.- 2.3.2.3 Durchbruchsverhalten.- 2.3.2.3.1 Lawinendurchbruch.- 2.3.2.3.2 Gatedurchbruch. Schutzmaßnahmen.- 2.3.3 Strom-Spannungsverhalten verschiedener MOSFET.- 2.3.3.1 p-Kanal-Anreicherungs-MOSFET.- 2.3.3.2 n-Kanal-Verarmungs-MOSFET.- 2.3.3.3 MOSFET mit implantiertem Kanal gleichen Leitungstyps zum Substrat.- 2.3.3.4 MOSFET mit implantiertem Kanal entgegengesetzten Leitungstyps, n-Kanal Verarmungstransistor.- 2.3.3.4.1 Betriebsmoden.- 2.3.3.4.2 Stromfluß. Kennlinie.- 2.3.3.4.3 Verarmungstransistor.- 2.3.3.4.4 Anreicherungstransistor.- 2.4 Der MOSFET bei abnehmenden Geometrien. Kurzkanal- und Schmalkanaleffekte. Submikrometertransistor.- 2.4.1 Geometrieabhängigkeit der Schwellspannung.- 2.4.1.1 Kurzkanalsch wellspannung.- 2.4.1.2 Schmalkanalschwellspannung.- 2.4.1.3 Kleingeometrieeffekte.- 2.4.1.4 Kurzkanalschwellspannung des MOSFET mit vergrabenem Kanal.- 2.4.1.5 Kennlinien im Bereich schwacher Inversion bei Kurzkanaleffekt.- 2.4.2 Hochfeldeffekte.- 2.4.2.1 Durchgreifeffekt.- 2.4.2.2 Heißelektroneneffekte.- 2.4.2.2.1 Heiße Ladungsträger im Oxid. Gatestrom..- 2.4.2.2.2 Durchbruchserscheinungen.- 2.4.3 Transporteffekte.- 2.4.3.1 Beweglichkeit, Geschwindigkeitssättigung.- 2.4.3.2 Transporteffekte.- 2.4.4 Source-Drainwiderstände und ihre Auswirkungen.- 2.4.5 Skalierung.- 3. Der MOSFET im dynamischen Betrieb.- 3.1 Kleinsignal verhalten für tiefe Frequenzen.- 3.1.1 Formale Darstellung. Kleinsignalparameter.- 3.1.2 Kleinsignalparameter.- 3.1.2.1 Gatesteilheit gm.- 3.1.2.2 Substratsteilheit gmb.- 3.1.2.3 Drainleitwert gd.- 3.1.2.4 Gate-, Substratdurchgriff.- 3.1.2.5 Einfluß der Bahnwiderstände.- 3.2 Signalverhalten im quasistationären Betrieb.- 3.2.1 Der MOSFET als ladungsgesteuertes Bauelement.- 3.2.1.1 Prinzip der Ladungssteuerung.- 3.2.1.2 Strom-Ladungsbeziehungen.- 3.2.1.3 Ladungsanalyse.- 3.2.1.3.1 Ladungsmodell des Langkanaltransistors..- 3.2.1.3.2 Ladungsmodell des Kurzkanaltransistors..- 3.2.1.3.3 Ladungsmodell des Verarmungstransistors.- 3.2.2 Linearisierung des ladungsgesteuerten MOSFET. Kapazitäten.- 3.2.2.1 Nichtreziproke Kapazität.- 3.2.2.2 Kapazitätsbeziehungen.- 3.2.2.3 Kapazitätsanordnung in der Vierpolersatzschaltung.- 3.2.2.4 Ladung und Kapazitäten.- 3.2.2.5 Parasitäre Elemente.- 3.2.3 Allgemeine Kleinsignalersatzschaltung.- 3.3 Dynamisches Verhalten.- 3.3.1 Modell, Grundgleichungen.- 3.3.2 Quasistatische Betrachtung.- 3.3.3 Substrateinbezug.- 3.3.3.1 Grundgleichung der Kanalspannung und ihre Lösung.- 3.3.3.2 Die Admittanzparameter und Ersatzschaltelemente..- 3.3.4 Ersatzschaltung.- 3.3.4.1 Quasistatische Ersatzschaltung.- 3.3.4.2 Nichtquasistatische Ersatzschaltung.- 3.3.5 Vergleich der Ladungsmodelle.- 3.4 MOSFET-Modelle für den Schaltungsentwurf.- 3.4.1 Kompaktmodelle für die Schaltungssimulation.- 3.4.1.1 Kompaktmodelle für den Digitalschaltungsentwurf..- 3.4.1.2 Kompaktmodelle für den Analogschaltungsentwurf..- 3.4.2 Tabellenmodelle.- 3.5 Schalt- und Impulsverhalten.- 3.5.1 Quasistatisches Schaltverhalten.- 3.5.2 Dynamisches Verhalten.- 3.5.3 Schaltverhalten des dynamischen Grundelementes.- 4. Bauformen des MOSFET.- 4.1 Der MOSFET in integrierten Schaltungen.- 4.1.1 Bauformen.- 4.1.2 CMOS-Technik.- 4.1.2.1 CMOS-Inverter.- 4.1.2.2 Durchschalteffekt.- 4.1.2.3 Technologieaspekte.- 4.1.3 SOI-MOSFET.- 4.1.3.1 Typische Eigenschaften der MISIS-Grundstruktur.- 4.1.3.2 Kennlinien.- 4.2 Speicherfeldeffekttransistoren.- 4.2.1 MNOSFET.- 4.2.2 Floating-Gate-MOSFET.- 4.3 MOS-Leistungsbauelemente.- 4.3.1 Bauformen.- 4.3.2 Elektrische Eigenschaften.- 4.3.3 Weitere MOS-Leistungsbauelemente.- 4.3.4 Leistungshalbleiter-Schaltkreise.- 4.4 Temperaturverhalten.- 4.4.1 Kanaltemperatur, Temperaturkoeffizienten.- 4.4.2 Verhalten bei sehr tiefer Temperatur.- 4.4.3 Thermisch-elektrische Wechselwirkung in MOSFETs.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Reinhold Paul lehrt an der TU Hamburg-Harburg im Fachbereich Elektrotechnik/Technische Elektronik.