Ολοκληρωμένες Μικροηλεκτρονικές Διατάξεις /J. A. del Alamo

Περιεχόμενα

Πρόλογος xiii

Σχετικά με τον συγγραφέα xvii

1 Ηλεκτρόνια, Φωτόνια και Φωνόνια 1

1.1 ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΚΒΑΝΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 1

1.1.1 Η διπλή φύση του φωτονίου 2

1.1.2 Η διπλή φύση του ηλεκτρονίου 5

1.1.3 Ηλεκτρόνια σε περιορισμένο χωρικά περιβάλλον 7

1.2 ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ 10

1.2.1 Θερμική κίνηση και θερμική ενέργεια 10

1.2.2 Θερμική ισορροπία 11

1.2.3 Στατιστική ηλεκτρονίων 13

1.3 ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΦΥΣΙΚΗΣ ΣΤΕΡΕΑΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ 18

1.3.1 Δεσμοί και ενεργειακές ζώνες 20

1.3.2 Μέταλλα, μονωτές και ημιαγωγοί 21

1.3.3 Πυκνότητα καταστάσεων 23

1.3.4 Δονήσεις πλέγματος : φωνόνια 25

1.4 ΣΥΝΟΨΗ 26

1.5 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 27

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 28

2 Στατιστική Φορέων σε Ισορροπία 33

2.1 ΖΩΝΕΣ ΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑΣ ΚΑΙ ΣΘΕΝΟΥΣ ; ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟ ΧΑΣΜΑ ; ΟΠΕΣ 33

2.2 ΕΝΔΟΓΕΝΗΣ ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ 38

2.3 ΕΞΩΓΕΝΗΣ ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ (ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ ΠΡΟΣΜΙΞΕΩΝ) 42

2.3.1 Δότες και αποδέκτες 42

2.3.2 Ουδετερότητα φορτίου 45

2.3.3 Συγκέντρωση ισορροπίας φορέων σε ημιαγωγό με προσμίξεις 45

Περιεχόμενα

vi ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

2.4 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΦΟΡΕΩΝ ΣΕ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 48

2.4.1 Πυκνότητα καταστάσεων ζωνών αγωγιμότητας και σθένους 49

2.4.2 Συγκέντρωση ισορροπίας ηλεκτρονίων 51

2.4.3 Συγκέντρωση ισορροπίας οπών 56

2.4.4 Tο γινόμενο np στην ισορροπία 58

2.4.5 Θέση επιπέδου Fermi 60

2.5 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 63

2.6 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 64

ΠΘ2.1 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑΚΗ ΕΞΑΡΤΗΣΗ ΤΟΥ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΟΥ XAΣΜΑΤΟΣ 64

ΠΘ2.2 ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΑΤΟΣ FERMI-DIRAC 68

ΠΘ2.3 ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΕΙΣ ΓΙΑ ΙΣΧΥΡΑ ΕΚΦΥΛΙΣΜΕΝΟ ΗΜΙΑΓΩΓΟ 68

ΠΘ2.4 ΣΤΑΤΙΣΤΙΚΗ ΙΟΝΙΣΜΟΥ ΔΟΤΩΝ ΚΑΙ ΑΠΟΔΕΚΤΩΝ 69

ΠΘ2.5 ΠΑΓΩΜΑ ΦΟΡΕΩΝ 72

ΠΘ2.6 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΥΨΗΛΗΣ ΝΟΘΕΥΣΗΣ 73

ΠΘ2.6.1 Η μετάβαση Mott 74

ΠΘ2.6.2 Στένωση ενεργειακού χάσματος 76

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 79

3 Γένεση και Επανασύνδεση Φορέων 85

3.1 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΣΥΝΔΕΣΗΣ 86

3.2 ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ : ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΟΥΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ 90

3.3 ΡΥΘΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΣΥΝΔΕΣΗΣ ΣΕ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 92

3.3.1 Γένεση και επανασύνδεση απο ζώνη σε ζώνη 92

3.3.2 Γένεση και επανασύνδεση Αuger 93

3.3.3 Θερμική δημιουργία και επανασύνδεση με υποβοήθηση παγίδων 94

3.4 ΡΥΘΜΟΙ ΓΕΝΕΣΗΣ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΣΥΝΔΕΣΗΣ ΕΚΤΟΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ 99

3.4.1 Σχεδόν-ουδέτερη χαμηλού-επιπέδου έγχυση; διάρκεια ζωής επανασύνδεσης 103

3.4.2 Εξαγωγή; Χρόνος ζωής γένεσης 109

3.5 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΦΟΡΕΩΝ ΠΕΡΙΣΣΕΙΑΣ ΣΕ ΟΜΟΙΟΜΟΡΦΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ 111

3.5.1 Παράδειγμα 1: Ενεργοποίηση μετάβασης 113

3.5.2 Παράδειγμα 2: Απενεργοποίηση μετάβασης 113

3.5.3 Παράδειγμα 3: Ένας παλμός φωτός 114

3.6 ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΗ ΓΕΝΕΣΗ ΚΑΙ ΕΠΑΝΑΣΥΝΔΕΣΗ 118

3.7 ΣΥΝΟΨΗ 120

3.8 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 121

ΠΘ3.1 ΜΟΝΤΕΛΟ SHOCKLEY-READ-HALL 122

ΠΘ3.1.1 Χρόνος ζωής επανασύνδεσης 123

ΠΘ3.1.2 Χρόνος ζωής γένεσης 125

ΠΘ3.2 ΕΓΧΥΣΗ ΥΨΗΛΟΥ ΕΠΙΠΕΔΟΥ 126

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 129

4 Ολίσθηση και Διάχυση Φορέων 135

4.1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΚΙΝΗΣΗ 136

4.1.1 Θερμική ταχυτητα 136

4.1.2 Σκέδαση 137

4.2 ΟΛΙΣΘΗΣΗ 140

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ vii

4.2.1 Ταχύτητα ολίσθησης 141

4.2.2 Ταχύτητα κορεσμού 143

4.2.3 Ρεύμα ολίσθησης 144

4.2.4 Διάγραμμα ενεργειακών ζωνών κάτω από ηλεκτρικό πεδίο 149

4.3 ΔΙΑΧΥΣΗ 151

4.3.1 Πρώτος νόμος fick 151

4.3.2 Η σχέση του Εinstein 153

4.3.3 Ρεύμα διάχυσης 154

4.4 ΧΡΟΝΟΣ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ 155

4.5 ΜΗ ΟΜΟΙΟΜΟΡΦΑ ΝΟΘΕΥΜΕΝΟΙ ΗΜΙΑΓΩΓΟΙ ΣΕ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 157

4.5.1 Ο νόμος του Gauss 157

4.5.2 Οι σχέσεις του Boltzmann 159

4.5.3 Συγκέντρωση ισορροπίας φορέων 163

4.6 ΣΧΕΔΟΝ-ΕΠΙΠΕΔΑ FERMI ΚΑΙ ΣΧΕΔΟΝ-ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 172

4.7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ 179

4.8 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 180

ΠΘ4.1 ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΕΣ ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΗΣ ΣΥΝΑΡΤΗΣΗΣ ΓΑΜΜΑ 181

ΠΘ4.2 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΛΟΓΩ ΘΕΡΜΩΝ-ΦΟΡΕΩΝ 182

ΠΘ4.2.1 Χαλάρωση ενέργειας έναντι χαλάρωσης ορμής 182

ΠΘ4.2.2 Μεταφορά θερμών-ηλεκτρονίων 184

ΠΘ4.2.3 Φαινόμενο ιονισμού μέσω συγκρούσεων 186

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 188

5 Ροή φορέων 197

5.1 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ 198

5.2 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΣΤΗΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ 200

5.2.1 Ελεύθερη επιφάνεια 200

5.2.2 Ωμική επαφή 203

5.3 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ SHOCKLEY 207

5.4 ΑΠΛΟΠΟΙΗΣΗ ΤΩΝ ΕΞΙΣΩΣΕΩΝ SCHOKLEY ΣΕ ΜΟΝΟΔΙΑΣΤΑΤΕΣ

ΣΧΕΔΟΝ-ΟΥΔΕΤΕΡΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ 209

5.5 ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΟΡΕΩΝ ΠΛΕΙΟΝΟΤΗΤΑΣ 213

5.5.1 Παράδειγμα 1 : Ημιαγώγιμη ράβδος υπό τάση 215

5.5.2 Παράδειγμα 2: Ολοκληρωμένη αντίσταση 218

5.6 ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΟΡΕΩΝ ΜΕΙΟΝΟΤΗΤΑΣ 221

5.6.1 Παράδειγμα 3: Διάχυση και χωρική επανασύνδεση σε ‘μακριά’ ράβδο 224

5.6.2 Παράδειγμα 4 : Διάχυση και επιφανειακή επανασύνδεση σε ‘μικρή’ ράβδο 229

5.6.3 Κλίμακες μήκους φορέων μειονότητας σε διάφορες περιπτώσεις 231

5.7 ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΠΟΥ ΚΥΡΙΑΡΧΕΙ Η ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΦΟΡΕΩΝ ΠΛΕΙΟΝΟΤΗΤΑΣ 232

5.8 ΠΕΡΙΠΤΩΣΕΙΣ ΠΟΥ ΚΥΡΙΑΡΧΕΙ Η ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΦΟΡΕΩΝ ΜΕΙΟΝΟΤΗΤΑΣ 235

5.8.1 Παράδειγμα 5 : Μετάβαση σε μία ράβδο με 235

5.9 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΟΡΕΩΝ ΣΕ ΠΕΡΙΟΧΕΣ ΦΟΡΤΙΟΥ ΧΩΡΟΥ ΚΑΙ ΥΨΗΛΗΣ ΑΝΤΙΣΤΑΣΗΣ 240

5.9.1 Παράδειγμα 6: Oλίσθηση σε περιοχή υψηλής ειδικής αντίστασης

κάτω από εξωτερικό ηλεκτρικό πεδίο 242

5.9.2 Σύγκριση μεταξύ μεταφοράς φορέων σε ΠΦΧ και ΣΟΠ 244

5.10 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΦΟΡΕΩΝ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ 246

viii ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

5.10.1 Παράδειγμα 7: Πολλαπλασιασμός φορέων σε περιοχή υψηλής ειδικής αντίστασης

με ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο 249

5.11 ΣΥΝΟΨΗ 253

5.12 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 254

ΠΘ5.1 ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΣΕ ΟΛΟΚΛΗΡΩΤΙΚΗ ΜΟΡΦΗ 254

ΠΘ5.2 ΔΙΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΧΑΛΑΡΩΣΗ 255

ΠΘ5.3 ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΑ ΘΕΜΑΤΑ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΦΟΡΕΩΝ ΜΕΙΟΝΟΤΗΤΑΣ 257

ΠΘ5.3.1 Προχωρημένο Παράδειγμα 1: Διάχυση, ολίσθηση και επανασύνδεση

σε μια μικρή ράβδο με εσωτερικό πεδίο 257

ΠΘ5.3.2 Περισσότερα για τις κλίμακες μήκους σε περιπτώσεις κυριαρχίας φορέων

μειονότητας 259

ΠΘ5.3.3 Προχωρημένο Παράδειγμα 2 : Μεταβατική κατάσταση σε μία ράβδο

με πεπερασμένη επιφανειακή επανασύνδεση 262

ΠΘ5.4 ΠΟΛΛΑΠΛΑΣΙΑΣΜΟΣ ΦΟΡΕΩΝ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΧΙΟΝΟΣΤΙΒΑΔΑΣ

ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΑΝΟΜΟΙΟΜΟΡΦΟ ΗΛΕΚΤΡΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 264

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 265

6 Δίοδος Επαφής PN 285

6.1 Η ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΙΟΔΟΣ ΕΠΑΦΗΣ PN 286

6.2 ΙΔΑΝΙΚΗ ΕΠΑΦΗ PN ΣΕ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 288

6.3 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ-ΤΑΣΗΣ ΜΙΑΣ ΙΔΑΝΙΚΗΣ PN ΔΙΟΔΟΥ 294

6.3.1 Ηλεκτροστατική κατάσταση υπό πόλωση 294

6.3.2 Χαρακτηριστική I-V: ποιοτική συζήτηση 296

6.3.3 Χαρακτηριστική I-V: ποσοτικά μοντέλα 299

6.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΟΥ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΔΟΥ PN 310

6.4.1 Φορτίο απογύμνωσης 311

6.4.2 Φορτίο φορέων μειονότητας 312

6.5 ΜΟΝΤΕΛΑ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΙΔΑΝΙΚΗΣ PN ΔIOΔΟΥ 315

6.6 ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΗ ΚΑΙ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΤΑΞΗΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ 322

6.6.1 Μικρή δίοδος 322

6.6.2 Γένεση και επανασύνδεση στην περιοχή φορτίου χώρου 325

6.6.3 Αντίσταση σειράς 328

6.6.4 Τάση κατάρρευσης 330

6.6.5 Μη ομοιόμορφες κατανομές νόθευσης 332

6.6.6 Επιδράσεις υψηλής έγχυσης 339

6.7 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΔΙΟΔΟΣ ΡΝ 341

6.7.1 Απομόνωση 342

6.7.2 Αντίσταση σειράς 344

6.7.3 Υψηλή-χαμηλή επαφή 346

6.8 ΣΥΝΟΨΗ 349

6.9 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 350

AT6.1 ΙΣΧΥΣ ΤΗΣ ΠΡΟΣΕΓΓΙΣΗΣ ΑΠΟΓΥΜΝΩΣΗΣ 350

AT6.2 ΑΝΤΙΣΤΑΣΗ ΣΧΕΔΟΝ-ΟΥΔΕΤΕΡΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΣΕ ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΙΟΔΟ 352

ΠΘ6.3 ΜΟΝΤΕΛΟ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ 353

ΠΘ6.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΔΙΟΔΟΥ PN 355

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 360

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ix

7 Δίοδος Schottky και Ωμική Επαφή 371

7.1 Η ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΙΟΔΟΣ SCHOTTKY 372

7.2 ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΙΟΔΟΣ SCHOTTKY ΣΕ ΘΕΡΜΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ 374

7.2.1 Ένα απλούστερο σύστημα: μια επαφή μετάλλου-μετάλλου 374

7.2.2 Ευθυγράμμιση ενεργειακών ζωνών επαφής μετάλλου-ημιαγωγού 377

7.2.3 Ηλεκτροστατική ανάλυση της επαφής μετάλλου-ημιαγωγού σε ισορροπία 381

7.3 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΔΟΥ SCHOTTKY 385

7.3.1 Ηλεκτροστατική ανάλυση υπό πόλωση 386

7.3.2 Χαρακτηριστική I-V: ποιοτική συζήτηση 389

7.3.3 Χαρακτηριστική I-V: μοντέλο θερμιονικής εκπομπής 391

7.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΟΥ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΗΣ ΔΙΟΔΟΥ SCHOTTKY 400

7.5 ΜΟΝΤΕΛΑ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΗΝ ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΙΟΔΟ SCHOTTKY 401

7.6 ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΔΕΥΤΕΡΗΣ ΤΑΞΗΣ 402

7.6.1 Αντιστάσεις σειράς 402

7.6.2 Τάση κατάρρευσης 404

7.7 ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΗ ΔΙΟΔΟΣ SCHOTTKY 406

7.8 ΩΜΙΚΕΣ ΕΠΑΦΕΣ 408

7.8.1 Πλευρική ωμική επαφή: μοντέλο γραμμής μεταφοράς 411

7.8.2 Οριακές συνθήκες που επιβάλλονται από ωμικές επαφές 415

7.9 ΣΥΝΟΨΗ 415

7.10 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 416

ΠΘ7.1 ΥΨΟΣ ΦΡΑΓΜΑΤΟΣ ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΗΣ ΕΠΑΦΩΝ SCHOTTKY ΜΕΤΑΛΛΟΥ-ΗΜΙΑΓΩΓΟΥ 416

ΠΘ7.2 ΜΟΝΤΕΛΟ ΟΛΙΣΘΗΣΗΣ-ΔΙΑΧΥΣΗΣ ΓΙΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ I-V 419

ΠΘ7.3 ΜΟΝΤΕΛΟ ΙΣΟΔΥΝΑΜΟΥ ΚΥΚΛΩΜΑΤΟΣ ΔΙΟΔΟΥ SCHOTTKY

ΓΙΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΚΥΚΛΩΜΑΤΩΝ 423

AT7.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΕΝΑΛΛΑΓΗΣ ΤΗΣ ΔΙΟΔΟΥ SCHOTTKY 423

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 427

8 Η Διεπιφάνεια Si και η Δομή Μέταλλο-Οξείδιο-Ημιαγωγός 437

8.1 Η ΗΜΙΑΓΩΓΙΜΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ 438

8.2 Η ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΜΕΤΑΛΛΟ-ΟΞΕΙΔΙΟ-ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ 442

8.3 Η ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΜΕΤΑΛΛΟ-ΟΞΕΙΔΙΟ-ΗΜΙΑΓΩΓΟΣ ΣΕ ΜΗΔΕΝΙΚΗ ΠΟΛΩΣΗ 443

8.3.1 Γενικές σχέσεις για την ηλεκτροστατική κατάσταση ιδανικής δομής MOS 446

8.3.2 Ηλεκτροστατική της δομής MOS κάτω από μηδενική πόλωση 448

8.4 Η ΙΔΑΝΙΚΗ ΔΟΜΗ ΜΕΤΑΛΛΟ-ΟΞΕΙΔΙΟ-ΗΜΙΑΓΩΓΌΣ ΚΑΤΩ ΑΠΟ ΠΟΛΩΣΗ 452

8.4.1 Απογύμνωση 454

8.4.2 Επίπεδες Ζώνες 456

8.4.3 Συσσώρευση 457

8.4.4 Τάση Κατωφλίου 458

8.4.5 Αναστροφή 460

8.4.6 Σύνοψη χαρακτηριστικών φορτίου-τάσης 463

8.5 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΔΟΜΗΣ MOS 465

8.5.1 Σχεδόν-στατική χαρακτηριστική C-V 466

8.5.2 Χαρακτηριστική C – V υψηλής συχνότητας 469

8.5.3 Βαθιά απογύμνωση 472

x ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

8.6 ΑΣΘΕΝΗΣ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗ ΚΑΙ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΑΣΗΣ ΥΠΟΚΑΤΩΦΛΙΟΥ 475

8.7 ΔΟΜΗ MOS ΤΡΙΩΝ ΑΚΡΟΔΕΚΤΩΝ 478

8.8 ΣΥΝΟΨΗ 485

8.9 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 485

ΠΘ8.1 ΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ 485

ΠΘ8.2 ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΕ ΔΟΜΗ MOS 488

ΠΘ8.2.1 Φορτίο οξειδίου 489

ΠΘ8.2.2 Καταστάσεις διεπιφάνειας 492

AT8.3 ΔΙΑΤΥΠΩΣΗ POISSON – BOLTZMANN ΤΗΣ ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗΣ MOS 496

ΠΘ8.3.1 Προσεγγίσεις απογύμνωσης 508

AT8.3.2 Προσέγγισεις για συσσώρευση 509

AT8.3.3 Προσεγγίσεις για αναστροφή 511

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 514

9 Το «Μακρύ» Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου τύπου

Μετάλλου-Οξειδίου-Ημιαγωγού 529

9.1 ΤΟ ΙΔΑΝΙΚΟ MOSFET 532

9.2 ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ ΤΟΥ ΙΔΑΝΙΚΟΥ MOSFET 534

9.3 ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΟΡΤΙΟΥ ΣΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗΣ ΣΤΟ ΙΔΑΝΙΚΟ MOSFET 536

9.4 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΜΟSFET 539

9.4.1 Η περιοχή αποκοπής 540

9.4.2 Η γραμμική περιοχή 540

9.4.3 Η περιοχή κορεσμού 546

9.4.4 Μοντέλο ισοδύναμου κυκλώματος μεγάλου σήματος DC ιδανικού MOSFET 551

9.4.5 Διαγράμματα Ενεργειακών Ζωνών 551

9.5 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΟΥ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΟΥ MOSFET 553

9.5.1 Φορτίο απογύμνωσης 553

9.5.2 Φορτίο αναστροφής 556

9.6 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΜΙΚΡΟΥ ΣΗΜΑΤΟΣ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΜΟSFET 560

9.6.1 Μοντέλο ισοδύναμου κυκλώματος μικρού σήματος ιδανικού MOSFET 561

9.6.2 Συχνότητα αποκοπής κέρδους ρεύματος μικρού σήματος ,

ιδανικού MOSFET σε κορεσμό 564

9.7 ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΣΕ MOSFET 568

9.7.1 Φαινόμενο σώματος 568

9.7.2 Επίδραση της ανάστροφης πόλωσης 574

9.7.3 Διαμόρφωση μήκους καναλιού 576

9.7.4 Η περιοχή υποκατωφλίου 580

9.7.5 Αντιστάσεις πηγής και εκροής 586

9.8 ΣΥΝΟΨΗ 590

9.9 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 590

ΠΘ9.1 ΜΙΑ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΣΤΕΡΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΦΟΡΤΙΟΥ

ΣΤΟ ΣΤΡΩΜΑ ΑΝΑΣΤΡΟΦΗΣ 591

ΠΘ9.1.1 Η προσέγγιση του επιφανειακού φορτίου 592

AT9.1.2 Η προσέγγιση βαθμιαίου καναλιού 592

ΠΘ9.1.3 Εγκυρότητα προσεγγίσεων 594

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 597

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ xi

10 Το «Μικρό» Τρανζίστορ Επίδρασης Πεδίου τύπου

Μετάλλου-Οξειδίου-Ημιαγωγού 609

10.1 ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ ΜΙΚΡΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ MOSFET: ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΦΟΡΤΙΟΥ 610

10.1.1 Υποβάθμιση της ευκινησίας 611

10.1.2 Κορεσμός ταχύτητας 616

10.2 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ MOSFET ΜΙΚΡΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ: ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ 623

10.2.1 Εξάρτηση τάσης κατωφλίου από το μήκος της πύλης: rolloff VT 624

10.2.2 Εξάρτηση τάσης κατωφλίου από το : μείωση φράγματος που προκαλείται

από την εκροή (DIBL) 628

10.2.3 Εξάρτηση της ταλάντωσης υποκατωφλίου από το μήκος της πύλης και το 632

10.3 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ MOSFET ΜΙΚΡΟΥ ΚΑΝΑΛΙΟΥ: ΣΜΙΚΡΥΝΣΗ ΤΗΣ ΣΤOΙΒΑΣ ΠΥΛΗΣ 634

10.3.1 Χωρητικότητα πύλης 634

10.3.2 Ρεύμα διαρροής πύλης 639

10.4 ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ MOSFET ΥΨΗΛΟΥ ΠΕΔΙΟΥ 642

10.4.1 Ηλεκτροστατικό πεδία στη περιοχή της ταχύτητας κορεσμού 643

10.4.2 Φαινόμενο ιονισμού και ρεύμα υποστρώματος 646

10.4.3 Αγωγιμότητα εξόδου 652

10.4.4 Διαρροή ρεύματος εκροής που προκαλείται απο την πύλη 656

10.5 ΣΜΙΚΡΥΝΣΗ MOSFET 659

10.5.1 Το MOSFET ως διακόπτης 661

10.5.2 Σμίκρυνση σταθερού πεδίου του ιδανικού MOSFET 664

10.5.3 Σμίκρυνση σταθερής τάσης του ιδανικού MOSFET 667

10.5.4 Γενικευμένη σμίκρυνση μικρών MOSFET 668

10.5.5 Σμίκρυνση MOSFET: μια ιστορική αναδρομή 670

10.5.6 Εξέλιξη του σχεδιασμού MOSFET 676

10.6 ΣΥΝΟΨΗ 687

10.7 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 689

ΠΘ10.1 ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΟ ΠΕΔΙΟ ΜΙΚΡΟΥ MOSFET ΓΥΡΩ ΑΠΟ ΤΟ ΚΑΤΩΦΛΙ 690

ΠΘ10.2 ΗΛΕΚΤΡΟΣΤΑΤΙΚΗ ΤΗΣ ΠΕΡΙΟΧΗΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΚΟΡΕΣΜΟΥ 692

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 694

11 Το Διπολικό Τρανζίστορ Επαφής 705

11.1 ΤΟ ΙΔΑΝΙΚΟ ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 707

11.2 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΜΑΤΟΣ-ΤΑΣΗΣ ΤΟΥ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΔΙΠΟΛΙΚΟΥ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 709

11.2.1 Η ενεργός περιοχή ορθής λειτουργίας 713

11.2.2 Η ανάστροφη περιοχή 720

11.2.3 Η περιοχή αποκοπής 723

11.2.4 Η περιοχή κορεσμού 724

11.2.5 Χαρακτηριστική εξόδου I–V 726

11.3 ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΗ ΦΟΡΤΙΟΥ-ΤΑΣΗΣ ΙΔΑΝΙΚΟΥ ΔΙΠΟΛΙΚΟΥ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 728

11.3.1 Φορτίο απογύμνωσης 728

11.3.2 Φορτίο φορέων μειονότητας 729

11.4 ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑ ΜΙΚΡΟΥ-ΣΗΜΑΤΟΣ ΣΕ ΙΔΑΝΙΚΟ ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ

ΣΤΗΝ ΕΝΕΡΓΟ ΠΕΡΙΟΧΗ ΟΡΘΗΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ 733

11.4.1 Ισοδύναμο κυκλωματικό μοντέλο μικρού-σήματος 733

xii ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΕΣ ΜΙΚΡΟΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΕΣ ΔΙΑΤΑΞΕΙΣ

11.4.2 Συχνότητα αποκοπής κέρδους-ρεύματος μικρού-σήματος κοινού-εκπομπού, 734

11.5 ΜΗ ΙΔΑΝΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΟ ΔΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 743

11.5.1 Η Διαμόρφωση πλάτους βάσης 743

11.5.2 Επανασύνδεση στην περιοχή φορτίου χώρου εκπομπού-βάσης 751

11.5.3 Φαινόμενο ιονισμού μέσω συγκρούσεων 753

11.5.4 Τάση κατάρρευσης 755

11.5.5 Φαινόμενα μεγάλου ρεύματος συλλέκτη 764

11.5.6 Παρασιτική αντίσταση 775

11.5.7 Μη ομοιόμορφα επίπεδα νόθευσης 781

11.6 ΕΞΕΛΙΞΗ ΤΟΥ ΣΧΕΔΙΑΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΠΟΛΙΚΟΥ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ 785

11.7 ΣΥΝΟΨΗ 789

11.8 ΠΕΡΑΙΤΕΡΩ ΜΕΛΕΤΗ 790

ΠΘ11.1 ΔΙΠΟΛΙΚΑ ΖΗΤΗΜΑΤΑ ΣΕ MOSFETS 791

ΠΘ11.1.1 Το Φαινόμενο βραχυκυκλώματος (Latch-up) 791

ΠΘ11.1.2 Φαινόμενα επιπλέοντος-σώματος σε MOSFET Πυριτίου -Πάνω σε- Μονωτή 793

ΠΘ11.1.3 Κατάρρευση MOSFET και επαναφοράς (snap-back) 795

ΠΡΟΒΛΗΜΑΤΑ 797

Παραρτήματα 811

Α Πίνακας Θεμελιωδών Φυσικών Σταθερών 813

Β Πίνακας Σημαντικών Παραμέτρων Υλικών για Si, GaAs, and SiO2 στους 300 K 815

Γ Πίνακας Ακρωνύμων 817

Δ Πίνακας αναπτυγμάτων κατά Taylor 819

Ε Αναλυτικές σχέσεις για βασικές παραμέρους του πυριτίου σε 300Κ 821

ΣΤ Λύσεις επιλεγμένων προβλημάτων 825