7.2 Der Kurzkanal-MOSFET



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7.2 Der Kurzkanal-MOSFET

Wendet man die Monte-Carlo-Methode zur Simulation von Feldeffekttransistoren an, so kann festgestellt werden, daß der MOSFET eine wesentlich schwierigere Struktur darstellt als etwa der MESFET. Die Schwierigkeiten beim MOSFET entstehen aus den folgenden Eigenschaften:

a)
Der Ladungstransport findet in der sehr schmalen Inversionsschicht im Bereich der Halbleiter-Oxid-Grenzfläche statt. Die Bewegung der Ladungsträger ist normal zur Grenzfläche quantisiert.
b)
Durch die angelegte Drainspannung wird die Dicke des Inversionskanals ortsabhängig. Die Aufspaltung in Subbänder, die Wellenfunktionen und die Streuraten müssen daher selbstkonsistent mit der Ladungsverteilung berechnet werden.
c)
Die Eigenschaften der Si-SiO-Grenzfläche haben einen großen Einfluß auf den Gesamtstrom.
d)
Source- und Draingebiete sind in der Regel sehr hoch dotiert. Elektron-Elektronstreuung und Degenerationseffekte können nicht mehr vernachlässigt werden.

Der Grundtenor zu Punkt a) und b) ist, daß Quanteneffekte für die Funktionsweise des MOSFET's keine primäre Rolle spielen. So werden sie in allen Arbeiten, die sich auf die Simulation realistischer, zweidimensionaler Bauelemente beziehen [16] [24] [42] [53] [59] [74] [77] [84] [91] [100] [102] [105], insofern vernachlässigt, als im gesamten Bauelement dreidimensionale Streuraten angenommen werden. Diese Situation ändert sich naturgemäß bei den Heterostruktur-Feldeffekttransistoren, deren Funktionsweise gerade auf der Quantisierung des Elektronengases beruht [60] [108] [111] [112]. Die im Punkt c) erwähnte Grenzflächenstreuung wirkt sich in erster Linie auf das zweidimensionale Elektronengas im Inversionskanal aus. Daher begibt man sich durch die Annahme eines rein dreidimensionalen Elektronengases der Möglichkeit, die Grenzflächenstreuung auf mikroskopischer Ebene richtig zu modellieren.

Als Folge von Punkt d) muß der Monte-Carlo-Algorithmus zumindest in Hinblick auf die Behandlung stark variierender Trägerkonzentrationen erweitert werden. Elektron-Elektronstreuung kann ebenso wie die Degeneration in das Monte-Carlo-Modell aufgenommen werden [24] [62] [63], allerdings mit einer zum Teil erheblichen Steigerung des Rechenaufwandes.





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Martin Stiftinger
Wed Oct 12 11:59:33 MET 1994