8.3.6 Пороговое напряжение
Классическая теория объясняет, что пороговое напряжение уменьшается в полностью обедненном КНИ МОП-транзисторе, когда уменьшается толщина слоя кремния, предполагая концентрацию примеси Na постоянной. Сокращение толщины кремниевого слоя соответствует уменьшению заряда обеднения qNatSi. Когда толщина слоя становится ниже 10нм, обедненный заряд очень мал, и им обычно можно пренебречь. С другой стороны учитываются две неклассические добавки к пороговому напряжению. Первая добавка исходит из факта, что концентрация инверсных носителей для достижения порогового напряжения должна быть больше, чем прогнозирует классическая теория. Таким образом, поверхностный потенциал Ф в тонком слое кремния больше 2ФF. Вторая добавка возникает из расщепления зоны проводимости на две подзоны: минимальная энергия подзон (и таким образом минимальная энергия зоны проводимости) увеличивается при уменьшении толщины слоя. Вторая добавка увеличивает напряжение на затворе, необходимое для достижения определенной концентрации инверсных носителей. Это также увеличивает пороговое напряжение.
Выражение для величины порогового напряжения с учетом вышеуказанных добавок получено в [9]:
(8.18)
Первый член уравнения (8.18) – разница работ выхода затвор-кремний. Второй член уравнения представляет поверхностный потенциал Ф в канале. Он обратно пропорционален толщине кремниевого слоя . В очень тонких пленкахФ может быть значительно больше 2ФF, и как результат, концентрация инверсных носителей при пороге может быть больше в тонкослойном приборе, чем в более толстом транзисторе. Это увеличение порогового напряжения корректно предсказывается классической теорией, хотя она не включает уравнение Шредингера. Третий член уравнения (8.18) относится к изменению минимальной энергии в зоне проводимости, которое может быть предсказано только через квантомеханические вычисления (рис.8.17). Подобное увеличение порогового напряжения наблюдается в трехзатворном, П-затворном, Ω-затворном и GAA транзисторах, когда уменьшается размер кремниевого плавника.
Рис. 8.17. Зависимость порогового напряжения от толщины слоя кремния в длинноканальном, слаболегированном/нелегированном двухзатворном транзисторе. Нижняя кривая представляет классическую часть уравнения (31), а верхняя кривая включает квантовомеханическое приближение.
8.4 Заключение
Подавление короткоканальных эффектов и максимилизация тока в открытом состоянии, необходимые для продолжения масштабирования МОПТ в нанометровом диапазоне, достигается за счет достижений в материалах (high-K диэлектрики, металлические затворы, металлические области стока и истока и др.), процессах (создание механических напряжений для повышение тока в открытом состоянии без увеличения тока в закрытом состоянии), схемных инновациях (таких как смещение подложки для увеличения масштабируемости и допущение динамической регулировки компромисса между характеристиками и потребляемой мощностью) и структурах (многозатворные МОПТ). Так как расстановка по важности требований к масштабированию МОПТ зависит от конкретных приложений, могут возникнуть расхождения в оптимальной конструкции структуры (например, для логических схем и схем памяти), так что будущие ИС могут одновременно содержать различные транзисторные структуры. Исходя из фундаментального предела масштабирования, определяемого туннельным током сток-исток, кремниевые МОПТ могут масштабироваться до длин затвора менее 10нм. Темп масштабирования в будущем может замедлиться, впрочем, в зависимости от того насколько профили примесей и размеры канала могут точно контролироваться/задаваться в рентабельном промышленном производстве. Альтернативные материалы для канала, такие как Ge и GaAs, менее масштабируемы и поэтому маловероятно, что могут сохранить улучшения характеристик МОПТ после того, как кремний достигнет предела. Так как для кремния фундаментальный предел подпорогового размаха характеристик S =60мВ/декаду, в дополнение к МОПТ потребуются альтернативные приборы с более крутой характеристикой включения, чтобы обеспечить ультранизкое потребление мощности для быстро растущего рынка потребителей мобильной электроники. У технологов и проектировщиков имеются большие возможности для инноваций, способных поддержать кремниевую революцию.
Пороговое напряжение
Пороговое напряжение Threshold stress — Пороговое напряжение.
Пороговое напряжение для stress-corrosion cracking — растрескивания от коррозии под напряжением . Критическое напряжение при начале трещинообразования от коррозии под напряжением при определенных условиях.
(Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО «Профессионал», НПО «Мир и семья»; Санкт-Петербург, 2003 г.)
- Threshold stress
- Throat of a fillet weld
Смотреть что такое «Пороговое напряжение» в других словарях:
- пороговое напряжение — для явления растрескивания от коррозии под напряжением. Критическое напряжение при начале трещинообразования от коррозии под напряжением при определенных условиях. [http://www.manual steel.ru/eng a.html] Тематики металлургия в целом EN threshold… … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение — 2.57 пороговое напряжение (voltage threshold): Уровень напряжения, установленный на электронном компараторе, выше которого будут распознаны сигналы. Примечание Пороговое напряжение может быть регулируемым пользователем, фиксированным или… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
- пороговое напряжение — slenkstinė įtampa statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. threshold voltage vok. Schwellenspannung, f; Schwellspannung, f; Schwellwertspannung, f rus. пороговое напряжение, n pranc. tension de seuil, f … Automatikos terminų žodynas
- пороговое напряжение — slenkstinė įtampa statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. threshold voltage vok. Schwellenspannung, f; Schwellwertspannung, f rus. пороговое напряжение, n pranc. tension de seuil, f … Fizikos terminų žodynas
- пороговое напряжение полевого транзистора — пороговое напряжение Напряжение между затвором и истоком транзистора с изолированным затвором, работающего в режиме обогащения, при котором ток стока достигает заданного низкого значения. Обозначение UЗИ.пор UGST [ГОСТ 19095 73] Тематики… … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение в обратном проводящем состоянии тиристора — Значение напряжения тиристора, определяемое точкой пересечения линии прямолинейной аппроксимации характеристики обратного проводящего состояния с осью напряжения. Обозначение Uобр,пор URC(OT) [ГОСТ 20332 84] Тематики полупроводниковые приборы EN… … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение выпрямительного диода — Uпор, U(to) Значение постоянного прямого напряжения выпрямительного диода в точке пересечения с осью напряжений прямой линии, аппроксимирующей вольт амперную характеристику в области больших токов. [ГОСТ 25529 82] Тематики полупроводниковые… … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение жидкокристаллического знакосинтезирующего индикатора — пороговое напряжение (жидкокристаллического знакосинтезирующего индикатора) Uпор Значение управляющего напряжения жидкокристаллического знакосинтезирующего индикатора, при котором начинают проявляться электрооптические эффекты. [ГОСТ 25066 91]… … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение разряда — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN discharge ionization voltage … Справочник технического переводчика
- пороговое напряжение тиристора — Значение напряжения тиристора, определяемое точкой пересечения линии прямолинейной аппроксимации характеристики открытого состояния с осью напряжения. Обозначение Uпор UT(OT) [ГОСТ 20332 84] Тематики полупроводниковые приборы EN on state… … Справочник технического переводчика
У вас большие запросы!
Точнее, от вашего браузера их поступает слишком много, и сервер VK забил тревогу.
Эта страница была загружена по HTTP, вместо безопасного HTTPS, а значит телепортации обратно не будет.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы отключили сохранение Cookies, а они нужны, чтобы решить проблему.
Почему-то страница не получила всех данных, а без них она не работает.
Обратитесь в поддержку сервиса.
Вы вернётесь на предыдущую страницу через 5 секунд.
Вернуться назад
2.1. Пороговое напряжение
Пороговым напряжением U пг называется такое значение напряжения на переходе, начиная с которого полупроводниковый диод проводит ток. При прямых напряжениях, меньших порогового, диод ток практически не проводит. Принято считать пороговым напряжение, равное 0,7В у кремниевых приборов и 0,3В – у германиевых. Как отмечалось выше, фактическое падение напряжения между выводами диода U д всегда больше порогового U пг , (рис. 10, а ). У кремниевых приборов фактическое падение напряжения составляет 1 В. Пороговое напряжение разнится от образца к образцу, даже у однотипных приборов (рис. 10, б ). У дискретных диодов эта разница может достигать 0,1В. У диодов, изготавливаемых средствами интегральной технологии, она не превышает 0,01В. Поэтому прямые ветви вольтамперных характеристик полупроводниковых приборов не совпадают. Пороговое напряжение полупроводниковых диодов зависит также и от температуры. Оно уменьшается со скоростью – 2,5 мВ/ 0 С при повышении температуры перехода. Это значит, что если даже прямые ветви характеристик двух диодов первоначально совпадали (рис. 10, в ), то при нагреве, например, диода 1 до температуры, превышающей температуру диода 2 , прямая ветвь вольт-амперной характеристики 1-го диода сместится влево (пунктир на рис. 10, в ). Рис. 10
2.2. Номинальный ток
Под номинальным понимают максимальный постоянный ток, который может протекать через диод сколь угодно долго без разрушения прибора. Понятие номинального тока связано с понятием допустимой мощности рассеяния в диоде. При протекании тока I пр через прибор из-за конечного падения напряжения U пр на нем, в приборе выделяется мощность Р в = U пр I пр . Это приводит к нагреву перехода, т. е. превышению его температуры T п над температурой окружающей среды T 0 . Последнее обуславливает отток тепла от перехода в окружающую среду, то есть рассеяние мощности. Рассеяние мощности тем больше, чем выше температура перехода T п по сравнению с температурой окружающей среды T 0 . Очевидно, что при P в =const увеличение мощности рассеяния P рас , обусловленное ростом температуры перехода может привести к тепловому равновесию P в = P рас , наблюдаемому при некоторой температуре перехода. Связь между мощностью рассеяния P рас и перепадом температур T = T п – T 0 принимается линейной при небольших перепадах температур T . Эту связь принято записывать в виде соотношения T=R T P рас подобного закону Ома для резистивных электрических цепей. Коэффициент R Т называется термическим сопротивлением участка переход – среда. Определяется R Т практически площадью поверхности корпуса диода. Поскольку корпуса диодов унифицированы, то каждому конкретному типу диода соответствует вполне определенное значение R Т . Как известно, температура p — n -переходов ограничивается некоторым допустимым значением T п дп , превышение которого означает выход прибора из строя. Для кремниевых приборов T п дп ≈ (175 ÷ 200) ° С, а для герма- ниевых T п дп ≈ (125 ÷ 150) ° С. Отсюда следует, что при комнатной температуре, для каждого конкретного типа диода существует понятие допустимой мощности рассеяния = T пдп − T 0 P рас.дп ( T пдп ) R Т . Тем самым в условиях теплового равновесия ограничивается и выделяемая в приборе мощность:
| P | = P | ( T | ) = | T пдп − T 0 | . |
| вдп | рас.дп | пдп | R T | ||
С учетом приблизительного постоянства прямого падения напряжения на полупроводниковых диодах P выд дп = I д дп U п = I д дп const ≈ I д дп 1В = | I д дп |.
Отсюда следует: I ддп = T пдп − T 0 . В силу постоянства U п = 1В мощ- R Т ность, выделяющаяся в диоде, определяется средним током через диод. Тогда I д дп = I ср дп . По этой причине средний ток через диод, оговариваемый в технической документации, является допустимым значением среднего тока при комнатной температуре. С увеличением температуры окружающей среды этот ток должен соответственно уменьшаться во избежание выхода диода из строя. Увеличение I ср дп возможно за счет уменьшения R Т . Это означает необходимость увеличения теплоотводящей поверхности диода, то есть добавления к нему теплоотвода. Как следует из изложенного, I ср дп является мерой допустимой мощности рассеяния в диоде. Так диод со средним током в 1А в состоянии рассеять при комнатной температуре мощность, приблизительно равную 1 Вт. Таким образом, для каждого конкретного типа прибора существует понятие тока, допустимого при комнатной температуре, превышение которого приводит к сгоранию диода. Номинальный ток, как ток, гарантирующий надежную эксплуатацию диода, выбирается меньше допустимого. Номинальный ток через диод уменьшается с ростом температуры окружающей среды. Его можно и увеличивать посредством уменьшения R Т . Это достигается увеличением теплоотводящей поверхности диода – к корпусу диода присоединяют специальный конструктивный элемент называемый теплоотводом.
2.3. Пиковый (максимальный) ток
Пиковые или максимальные токи через диод могут существенно превышать их номинальные значения. Вопрос о пиковых токах более сложен, нежели о номинальных. Допустимые значения пиковых токов в диодах зависят не только от величин, но и длительности, а также от частоты их повторения. Так при частоте порядка 50 Гц пиковые токи длительностью 5 мс могут превышать номинальные в 10 – 20 раз. При уменьшении длительности до 2 мс импульсы токов могут превышать номинальный ток в 50 – 100 раз. Чаще всего фактические характеристики импульсных токов в электрических цепях трудно определимы. По этой причине лучше не допускать превышения их официальных допустимых значений.
2.4. Обратный ток диода
Обратный ток при комнатной температуре пренебрежимо мал в кремниевых приборах, но существенен в германиевых. К сожалению, этот ток
экспоненциально растет с ростом температуры перехода. Его можно грубо оценить формулой I о ( T 1 ) = I о ( T 0 ) 2 ( T 1 − T 0 )/10 , где I о ( T 1 ) – обратный ток при температуре перехода T 1 ; I о ( T 0 ) – обратный ток, замеренный при температуре перехода T 0 . Естественно, что оценка тока по этой формуле тем достовернее, чем меньше T = T 1 – T 0 .
2.5. Обратное напряжение
Обратное напряжение U об , как техническая характеристика диода ставится в соответствие напряжению его пробоя. Естественно, оно меньше напряжения пробоя, ибо в режиме пробоя диод утрачивает свойство односторонней проводимости – перестает быть диодом. Обычно U об определяется с некоторым запасом. Помимо перечисленных статических технических характеристик диода существуют еще и динамические. Наиболее существенные рассматриваются ниже.
2.6. Динамическое сопротивление диода
Поскольку при U пр >0,1 В прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода определяется соотношением (2), то динамическое сопротивление прибора – его сопротивление приращениям прямого тока через переход – может быть определено простой процедурой:
| 1 | ∂ i | 1 | U | / ϕ Т | I пр | ϕ | 0,025В | |||||
| = | п | = | I | 0 | e | пр | = | или r = | Т | = | . | |
| r | ϕ | ϕ | I | I | ||||||||
| ∂ u | п | д | пр | пр | ||||||||
| д | T | Т | ||||||||||
2.7. Время выключения диода
Идеальный диод, включенный в цепь последовательно с резистивной нагрузкой (рис. 11, а ) пропускает ток только в прямом направлении. При изменении знака напряжения в цепи U ц обратный ток через диод прекра- щается (рис. 11, б и в ). В реальных полупроводниковых диодах размыкание цепи при мгновенном изменении знака напряжения цепи с прямого на обратный происходит не сразу. Дело в том, что при прохождении через кристалл прямой ток насыщает его основными носителями. Их концентрация в кристалле пропорциональна величине прямого тока. Для того чтобы диод разомкнул цепь, чтобы кристалл стал непроводящим, необходимо удалить основные носители тока из кристалла, т. е. создать обедненную зону на границе контакта слоев p и n- полупроводника. Этот процесс требует времени. В течение этого времени – времени рассасывания носителей t р – диод проводит ток в обратном направлении, так же как и в прямом (рис. 12).
| а) | б) | U | |||
| U ц | t 1 | t 2 | |||
| U ц | 0 | ||||
| t | |||||
| R н | U н | ||||
| в) | i | ||||
| U | |||||
| R | t 1 | t 2 | |||
| 0 | t | ||||
Рис. 11 По окончании процесса рассасывания имеет место процесс медленного спада обратного тока через диод до значения I 0 (рис. 12, а ). Время рассасывания и время спада в сумме образуют время выключения диода. Время выключения диода t выкл является технической характеристикой диода.
| +U | ц | U |
| 0 | t | |
| -U ц | ||
| + U | ц | I |
| R н | ||
| 0 | t | |
| t вкл | ||
| -U ц | t р | |
| R н | ||