Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

60 Kapitel 4 Statisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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4.1 Durchlassverhalten
4.1.1 Ausgangskennlinienfeld
Abb. 4.1 zeigt das Ausgangskennlinienfeld ID = f(UDS) mit UGS als Parameter für den
verwendeten SJ‐LDMOS‐Transistor. Die Kennlinien sind in vier Bereichen aufzutei‐
len:
• Ohmscher oder linearer Bereich
• Sättigungsbereich
• Quasisättigungsbereich
• Durchbruchbereich
Im ohmschen oder linearen Bereich verläuft der Drainstrom ID annähernd linear mit
der Drain‐Source‐Spannung UDS, und der Transistor verhält sich wie ein Widerstand.
Bei nicht zu hohen Gatespannungen lautet die Gleichung der Ausgangskennlinien
im ohmschen Bereich (0 ≤ UDS ≤ UDSat) analytisch:
( UGS −UGS
( TH ) )
( ( ) )
I
µ C′ b ⎡
= ⋅
⎤
⋅U
⎢⎣ ⎥⎦
0 ox
D ⎢ ⎥ DS
LK 1+Θ
UGS −UGS
TH
für UDS ≤ UDSat (4.1)
mit b dem Zellabstand des Bauelements, C′ ox = εox/dox der Gateoxid‐Kapazität pro
Flächeneinheit, LK der Kanallänge, µ0 (≈ 490 cm2V ‐1s ‐1 [LLK93]) der Niederfeldbeweg‐
lichkeit der Elektronen, UGS(TH) der Einsatzspannung, UDSat der Sättigungsspannung
und Θ dem materialbedingten Fitparameter der Beweglichkeitsdegradation auf‐
grund des vertikalen Gatefelds, welches Elektronen im Kanal zur Si‐SiO2‐
Grenzfläche beschleunigt. Der Parameter Θ liegt bei einem typischen Wert von 0,1 V ‐1
[Sch55].
Im ohmschen Bereich trägt bei nicht zu hohen Gatespannungen fast ausschließlich
der Kanal zum Widerstand des Transistors bei. Der Kanalwiderstand RK ergibt sich
einfach durch partielle Differentiation von Gl. (4.1) nach ID:
R
K
⎛ ∂U
= ⎜
⎝ ∂I
DS
D
⎞
⎟
⎠
UGS
LK
=
bµ
C′
0
ox
⎡1
+
⋅ ⎢
⎢⎣
( )
( ) ⎥ ⎥ Θ UGS
−U
GS ( TH ) ⎤
U GS − U GS ( TH ) ⎦
(4.2)
RK ist somit umgekehrt proportional der Gate‐Source‐Spannung UGS, da mit wach‐
sender UGS die Inversionsladung im Kanal zunimmt.