Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

64 Kapitel 4 Statisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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In den Ausgangskennlinienfeldern ist noch zu sehen, dass bei hinreichend hohem
UGS der Drainstrom ID fast gar nicht von UGS, sondern eher von UDS abhängig ist,
obwohl die Drainspannung den Wert der Sättigungsspannung UDSat übersteigt. Es
herrscht also quasi Stromsättigung [JAY99][LLK93]. Dieser Quasisättigungseffekt
ergibt sich aus der Geschwindigkeitssättigung der Elektronen in der Driftzone vor
Auftreten der Geschwindigkeitssättigung der Elektronen im Kanal. Im Quasi‐
Sättigungsbereich fällt nahezu die gesamte Spannung über der Driftzone ab. Beim
Eintritt in die Quasisättigung verhält sich das Bauelement, als wäre das hoch dotierte
n + ‐Source‐Gebiet mit der Driftzone kurzgeschlossen. Von Source nach Drain bildet
sich eine n + ‐n ‐ ‐n + ‐Struktur, wobei n ‐ die schwächer dotierte Driftzone kennzeichnet.
Mit wachsender UDS werden weitere Elektronen aus dem n + ‐Source‐Gebiet in die
Driftzone injiziert, infolgedessen steigt ID an. Der Anstieg von ID im Quasi‐
Sättigungsbereich ist jedoch aufgrund des nahezu gesamten Spannungsabfalls über
die relativ niedrig dotierte Driftzone nicht so drastisch wie im Widerstandbereich.
Eine weitere Erhöhung von UGS bewirkt grundsätzlich keinen weiteren Anstieg von
ID, denn im Quasi‐Sättigungsbereich ist ID nicht mehr durch den Kanalwiderstand RK,
sondern durch den Widerstand der Driftzone RDS(on) (siehe Abschn. 4.1.2) bedingt.
Im Quasisättigungsbereich lässt sich der Zusammenhang zwischen dem Drain‐
Quasisättigungsstrom IDQSat und der Drain‐Source‐Spannung UDS durch die folgende
Gleichung:
12
bdqµ 0N ⎧
D ⎪ 2 ⎛ 2εSiN⎞
⎫
S
32
32 ⎪
DQSat = ⋅⎨ DS − ⎜ ⎡( DS D ) ⎤ D
2
U
3d
⎜ ⎟
qND( NS ND)
⎟
⋅
⎣
+ −
⎦⎬
⎛ DS ⎞ ⎪ ⎝ + ⎠
⎪
LD
⋅ 1+
⎩ ⎭
⎜ ⎟
LE D Sat
I U U U U
⎝ ⎠
(4.5)
ansetzen (siehe Anhang B). Für die Sättigungsfeldstärke ESat gilt laut [LLK93]
folgende Beziehung
7
vSat,
n 10 cm/s
4
E Sat = =
≈ 1,
206 ⋅10
V/cm bei T = 300 K (4.6)
2
µ 490 cm /Vs
0
Die Größe UD nennt man Diffusionsspannung. Sie ergibt sich aus der Temperatur‐
spannung UT (≈ 26 mV bei T = 300 K für Si), der Substratdotierung NS, der Driftzo‐
nendotierung ND und der Eigenleitungsdichte ni (≈ 1,0⋅10 10 cm ‐3 bei T = 300 K) zu:
NN
U = U ln
(4.7)
D T
S D
2 ni
Bei Silizium liegen für Dotierungen im Bereich NS = ND = 10 14 bis 10 18 cm ‐3 die Werte
von UD zwischen 0,45 und 0,8 V bei T = 300 K [Pau92].