5.7: Сильний ліміт зарядки

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 5.6: Нульовий ліміт зарядки
- 5.8: Температурна залежність струму в вимкненому стані

Marc Baldo
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

У металах і багатьох великих транзисторах в стані ON щільність станів на рівні Фермі досить велика, що додавання зарядів ледь переміщує потенціал каналу. Ми говоримо, що рівень Фермі приколотий. У межі, що $g(E_{F}) \rightarrow \infty$ тоді $\Delta U \rightarrow 0$ .

З точки зору квантової ємності, ми знаходимо, що якщо $C_{Q} \gg C_{ES}$ , Рівняння (5.4.5) зменшується до

$q \delta N = \delta V_{GS}C_{G} \nonumber$

Ця межа також відома як сильна інверсія в звичайному аналізі FET. Канал трансформується з ізолятора в метал. Перехід відбувається, коли зміщення затвора дорівнює пороговому напрузі $V_{T}$ , яке визначається як зміщення затвора, необхідного для підштовхування рівня енергії каналу вниз до робочої функції джерела.

У сильному зарядку/металевому межі затвор і канал виступають як дві обкладки конденсатора. Потім заряд в каналі змінюється лінійно з додатковим зміщенням затвора. У транзисторів потенціал каналу щодо джерела також може змінюватися в залежності від положення. $V(x)$ Включення потенціалу каналу і порогової напруги в Equation\ ref {5.7.1} дає:

Одним із способів інтерпретації металевої межі є врахування різниці між фактичним положенням краю смуги провідності та його положенням за відсутності зарядки. Різниця пропорційна величині зарядки; див $\PageIndex{1}$ . Рис. Зверніть увагу, що затінена область на малюнку не представляє заповнених електронних станів нижче зони провідності. Ці електрони насправді знаходяться в нижній частині смуги провідності. Швидше це той самий графічний інструмент, який ми використовували в частині 3 для аналізу зарядки всередині провідників.

Металева або сильна межа інверсії підтримується лише для $V_{GS}-V_{T}-V(x)>0$ . Якщо V (x) перетинає нульовий ліміт зарядки, $(V_{GS}-V_{T})$ то зарядка зменшується до нуля. Це відомо як «відщипнути».

Знімок екрана 2021-05-18 о 18.18.51 png — Малюнок $\PageIndex{1}$ : Зарядка протидіє змінам потенціалу каналу, спричиненому воротами. Тут ми проілюструємо ефект зарядки в небалістичному транзисторі. При відсутності зарядки, збільшення потенціалу затвора знижує край смуги провідності («нульовий ліміт зарядки»). Зарядка відштовхує край провідності назад до вихідної робочої функції. Червона затінена область - це різниця між фактичним потенціалом каналу та нульовим лімітом зарядки. Він являє собою популяцію електронів в зоні провідності. Він не представляє заповнених станів нижче нижньої частини смуги провідності.