6.5. Полностью обедненные кни мопт

В КНИ МОПТ полностью обедненного типа обедненная область занимает всю толщину кремниевого тела и имеет фиксированный заряд. Электростатика таких транзисторов такова, что основные носители (дырки), инжектированные в базу, сразу прижимаются электрическим полем к рп-переходу истока, локально открывают его и быстро рекомбинируют с электронами, поступающими из истока. Поэтому в полностью обедненных приборах практически не происходит накопление основных носителей в базе, и эффекты плавающего потенциала по сравнению с частично обедненными транзисторами практически отсутствуют.

К

онтакт подложки в полностью обедненном КНИ транзисторе можно рассматривать как своеобразный нижний затвор (back gate, BG), который можно использовать для юстировки порогового напряжения основного канала от верхнего затвора (front gate, FG) (рис. 6.4). Это объясняется тем, что полное обеднение означает отсутствие квазинейтральной области в базе КНИ транзистора. Поэтому в полностью обедненном КНИ транзисторе силовые электрические линии от верхнего затвора могут достигать нижнего затвора. Поверхностные потенциалы на двух границах раздела оказываются, таким образом, электрически

Рис. 6.4. Схематичная структура МОП транзистора КНИ структуры с заземленной подложкой (ground plane, GP)

связанными друг с другом. Это приводит к тому, что результаты измерения при изменении напряжения на верхнем затворе зависят от напряжения на нижнем затворе. Модели транзисторов с полным обеднением должны учитывать электростатическую связь двух затворов.

Прикладывая напряжение на верхний затвор (V_GF) либо на нижний затвор (V_GB), инверсионный слой в КНИ транзисторе можно получить как на границе раздела кремния с тонким подзатворным окислом, так и на границе раздела с толстым скрытым окислом.

Так же, как и в МОПТ объемной технологии, пороговое напряжение в полностью обедненных КНИ МОПТ может управляться напряжением на нижнем затворе (подложке). Напряжение на нижний затвор подается относительно заземленного истока, причем, в отличие от объемного МОПТ, диэлектрическая изоляция позволяет любую полярность напряжения. Например, прикладывая положительное смещение на нижний затвор V_GB, мы создаем на нижней границе режим инверсии и образуем нижний канал, что как легко понять из соображений электронейтральности, уменьшает пороговое напряжение для верхнего транзистора V_TF . Напротив, аккумуляция основных носителей в базе на нижней границе раздела приводит к увеличению порогового напряжения V_TF .

В полностью обедненных КНИ МОПТ ограничены возможности управлять пороговым напряжением с помощью легирования подложки (мала толщина подложки, нет возможности использовать ретроградное или − легирование) и поэтому в них желательно иметь металлические затворы свозможностью контролируемого изменения работы выхода.

6.6. Ультратонкие кни мопт

Уменьшение толщины кремниевого тела КНИ МОПТ (конечно, речь здесь идет только о полностью обедненных приборах) приводит к уменьшению подпорогового размаха (S-фактора) и соответственно, к уменьшению подпороговых токов утечки вследствие уменьшения емкости обедненного слоя (рис. 6.5).

С другой стороны, подвижность носителей в канале с уменьшением толщины кремневой пленки заметно падает. Это объясняется тем, что в очень тонких базах толщина кремниевой пленки становится сопоставимой с

Рис. 6.5. Подпороговые токи утечки для ультратонких КНИ МОПТ с разной толщиной базы

толщиной инверсионного слоя (порядка нескольких нанометров), то есть по существу в базе происходит объемная инверсия. Это означает, что на транспорт носителей в канале начинает влиять дополнительный механизм рассеяния на шероховатостях границы раздела со скрытым окислом. Другим источником деградации подвижности в канале КНИ транзисторов с ультратонкими базами является технологическое загрязнение кремниевой пленки неконтролируемыми примесями при изготовлении. Более того, для транзисторов с малым объемом активной области даже случайные флуктуации количества атомов легирующей примеси в базе могут приводить к недопустимому разбросу индивидуальных значений порогового напряжения и проводимости, а также уменьшению подвижности в отдельном транзисторе. По этим причинам база полностью обедненного КНИ транзистора в идеале должна быть вообще не легирована примесями, что технологически является трудновыполнимой задачей.