Föreläsning 5 – Fälteffekttransistor II Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 Fälteffekt Fälteffekt Tröskelspänning Tröskelspänning Beräkning av strömmen Beräkning av strömmen
Elektrostatik: Laddning och elektrisk potential Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 Potential:Laddning: x dpdp -N A x U dpdp x E dpdp ECEC EVEV
Energiband för en nMOSFET – Vad sätter U th ? Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG U DS ECEC EVEV x EFEF EiEi Metall Positiv potential på Gaten – sänker E f i metallen Isolatorn har stort bandgap – ingen ström. E F konstant i halvledaren Oxid Halvledare
Energiband för en nMOSFET – Utarmning Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp dpdp eU yta -eN A +eU GS n p <<p p <<N A pp=NApp=NA +U GS eU ox
Energiband för en nMOSFET – intrinsisk yta Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp dpdp eU yta -eN A +eU GS +U GS n p =p p =n i <<N A eU ox
Energiband för en nMOSFET – svag inversion Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp dpdp eU yta -eN A +eU GS +U GS eU ox
Energiband för en nMOSFET – stark inversion: U GS =U TH Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG U DS ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp dpdp eU yta -eN A +eU GS +U GS Många fria laddningar vid ytan! eU ox eFeF eFeF
Stark inversion: U GS >U TH Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp -eN A eFeF eU ox dpdp -eN A x eFeF eU ox eU yta
Fria laddningar för U GS > U TH : Q N Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 LGLG ECEC EVEV x EFEF EiEi dpdp dpdp eU yta -eN A +eU GS QNQN Efter stark inversion: d p konstant Q N : Fria elektroner vid ytan För U GS > U th !
Ackumulation – 2 minuter övning Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 ECEC EVEV x EFEF EiEi Metall Oxid Halvledare ECEC EVEV x EFEF EiEi Oxid Halvledare -eU GS Hur ser banden / laddningen ut om man lägger en negativ spänning på gaten?
Stark inversion - Sammanfattning: U GS =U TH Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 Oxid-kapacitans per area: (F/m 2 ) (V) Tröskelspänning (V)
Exempel Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 N A =10 23 m -3 0 =8,85 F/m ox =3,9 r =11,8 e=1,6 As t ox =5 nm Beräkna U TH Vad är d p vid stark inversion?
Sammanfattning Föreläsning 5, Komponentfysik 2016 U th : Tröskelspänning (V) U t : termisk spänning: kT/e=25.8mV vid T=300K E i – intrinsisk ferminivå (~mitten av bandgapet) (eV) e F : skillnad mellan E i och E F långt från ytan (V) C ox : Oxidkapacitans (F) C ox ’: Oxidkapacitans / area (F/m2) Q N ’: laddningar / area (C/m2)