Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

112 Kapitel 5 Dynamisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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aufgrund der Überlappungen des Gates mit der n + ‐Source, die MOS‐Kapazität 6 CK
aufgrund der Überlappungen des Gates mit dem Kanal und die Kapazität CO
aufgrund der Erweiterung der Source‐Metallisierung über die Gateelektrode. Als
Summe dieser Teilkapazitäten berechnet sich Cgs nach Baliga [Bal96]:
C = C + C + C
(5.1)
gs + n K O
Die Kapazität C + ist der konstanten Oxidkapazität gleich
n
C
+ n
ε ox ⋅ A + n = (5.2)
d
ox
wobei n A + die Überlappungsfläche zwischen dem Gate und der n+ ‐Source, εox die
Dielektrizitätskonstante des Oxids und dox die Gateoxiddicke darstellt. Der entspre‐
chende Ausdruck für CO heißt
C
ε ⋅ A
ox O
O = (5.3)
dO
mit der Überlappungsfläche AO zwischen dem Gate und der Source‐Kontaktierung.
Hierbei steht dO für die Dicke des dazwischen liegenden Oxids. Die MOS‐Kapazität
CK zwischen dem Gate und dem Kanal ist stark von UGS und UDS abhängig. Theoreti‐
sche Rechnungen ergeben für CK als Funktion von UGS bei UDS = 0 V die Beziehung
[TN98]:
C
⎧
⎪ε
ox ⋅ A ⎛
K
2kT
q
⎜
⎪
⋅ 1+
p
d ⎜ ox UGS −UFB −ψS,
AKK
⎪ ⎝
⎪
−1
⎪ ⎛dox kT ⎞
AK ⋅ +
⎪ ⎜ 2 ⎟
εox εSiqN
⎟
K
⎪ ⎝ ⎠
⎪
p ( U −U
)
−1
⎞
⎟
⎠
p
für UGS < UFB
p
für UGS = UFB
U U U
⎪ ⎣ ⎝ ⎠⎦
⎪
−1
⎪ ⎛d4kT ln
ox ( NK ni)
⎞
⎪ AK
⋅ ⎜ +
⎟
2
⎪ ⎜ εox εSiqN
⎟ K
⎝ ⎠
⎪
−1
⎪
ε ox A ⎛
K
2kT
q ⎞
⎪
⋅
⋅ ⎜1+ ⎟
p
⎪ d ⎜ ox UGS UFB
ψ ⎟
⎪ − − S , INV
⎩ ⎝ ⎠
für UGS = UGS
( TH )
für UGS > UGS(
TH )
−12
2
ε 2
ox A
⎡ ⎛ ε
⎞⎤
K
ox GS FB p
K =
⎪
⎨ ⋅ ⎢1+ ⎜ ⎟⎥
für
2
FB < GS < GS ( TH )
dox ⎢ ⎜ ε Siqdox N ⎟ K ⎥
(5.4)
6 In reellen MOS‐Bauelementen besteht parallel zur MOS‐Kapazität CK auch noch eine sogenannte
Umladungskapazität der Oberflächenzustände der Si‐SiO2‐Phasengrenze. Dieser Kapazitätsbeitrag
aber ist beim modernen MOSFET nur von geringer Bedeutung.