Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

116 Kapitel 5 Dynamisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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Zeitpunkt steigt CK auf ihren Spitzenwert an, der umso größer ist, je stärker die
Drainspannung UDS angehoben wird. Mit steigendem UDS muss die Gatespannung
UGS immer höhere Werte annehmen, damit CK den Spitzenwert erreicht. Das liegt
daran, dass die zunehmend positive Drainspannung UDS die Raumladungszone
immer weiter in das Driftgebiet ausdehnt. Nun da der Oberflächenbereich der
Raumladungszone im Driftgebiet, der komplett mit der Inversionsschicht belegt ist,
elektrisch leitend wird, kann es keine Spannung über ihm abfallen. Deswegen hat ein
weiteres Ansteigen von UGS zur Folge, dass die Ausdehnung der Raumladungszone
im Driftgebiet am drainseitigen Kanalende endet; dadurch sinkt CK auf den Wert für
Cox ab.
Bei experimenteller Untersuchung der drei geschilderten Teilkapazitäten ergibt sich
allerdings, dass CO grundsätzlich den dominierenden Anteil an Cgs einnimmt.
Demnach bildet sich zwischen dem Gate und der Source‐Kontaktierung die
näherungsweise konstante Gate‐Source‐Kapazität Cgs ≈ CO = const.
Der Überlapp des Gates über die Driftzone bewirkt die Gate‐Drain‐Kapazität Cgd, die
auch einer Spannungsabhängigkeit unterliegt:
C
gd
⎧ ε ox AD
⎪C
= für U < U
⎪ dox
= ⎨
⎪ Cox ⋅CRLZ εox⋅εSi⋅AD = für U ≥U
⎪ ⎩Cox
+ CRLZ εoxWRLZ + εSidox
ox DS GS
DS GS
(5.5)
Analytisch lässt sich Cgd bei einer konstanten Gate‐Source‐Spannung UGS gemäß
Dogan et al. [DL91] als Funktion von der Drain‐Source‐Spannung UDS ausdrücken:
C
⎧ε
A
⎪
⎪
= ⎨
( U −U −U
)
gd −12
2
n
⎪ε
2
ox A ⎡ ε
D ox DS GS FB ⎤
n
⋅ 1+
für U 2
DS ≥ UGS + UFB
⎪
⎢ ⎥
dox ε SiqdoxND ⎩
für
U < U + U
ox D n
dox
DS GS FB
⎢⎣ ⎥⎦
(5.6)
AD ist die Überlappungsfläche der Gateelektrode über die Driftzone. Die Flachband‐
spannung
Polysiliziumgate und n‐Halbleiter her [TN98]
n U FB rührt in diesem Fall vom Austrittsarbeitsunterschied von n + ‐
n
kT ⎛ N D ⎞
Φ MS =− 0,56[ V]
+ ln ⎜ ⎟
q ⎝ ni⎠
(5.7)
mit ND als Driftzonendotierung.