4.5 Mechanismus parasitärer CP-Komponenten

Bei der Verwendung kurzer Pulsflanken kommt es bei -Dioden mit zu einer deutlichen Überhöhung des CP-Signals. Diese additive Komponente kann durch die Formel (4.3) nicht beschrieben werden. Diese Komponente wird als geometrisch bezeichnet, da ihre Größe stark von der Transistorgeometrie abhängig ist. Sie wurde bereits bei der Entdeckung des CP-Effektes diskutiert [11]. Bei Substrat-MOSFETs ist diese geometrische Komponente jener Teil des Periodenmittelwertes des Substratstroms, der nicht aufgrund von Grenzflächen-Rekombination an der -Grenzfläche entsteht. Beim geometrischen CP-Strom handelt es sich in erster Linie um einen transienten MOS-Langkanaleffekt: Bei steilen Pulsflanken der Gate-Spannung bleibt den Kanalelektronen nicht genug Zeit, über die -Übergänge zu den Source-Drain-Gebieten abzufließen. Bedingt durch den vertikalen Konzentrationsgradienten kann ein Teil der mobilen Kanalladung in das neutrale Substratgebiet injiziert werden. Dort diffundiert ein Teil dieser Ladung ambipolar zum Substratkontakt. Ein weiterer Teil rekombiniert über tiefe Volumenstörstellen im Substrat.
Eine genaue quantitative Analyse dieser Vorgänge in Substrat-MOSFETs, insbesondere die Abhängigkeit von der Kanallänge , der angelegten Source-Substrat bzw. Drain-Substrat Sperrspannung , sowie von den Steig- und Fallzeiten der Gate-Spannung , ist durch zweidimensionale transiente Simulation möglich. Siehe dazu Abschnitt 1.3.3 im Kapitel 1, wo dieser Effekt untersucht wird.
Verglichen mit einem Substrat-MOSFET sind die Verhältnisse in SOI -Dioden komplizierter. Folgende Gründe sind dafür maßgeblich:

Asymmetrie des Aufbaus.
Es liegt eine asymmetrische Anordnung vor, in der nur ein -Übergang existiert. Im Fall einer n-Kanal-Diode können die Kanalelektronen beim Fallen der positiven Gate-Spannung nur in eine Richtung abfließen, was - hinsichtlich des Erscheinens geometrischer Effekte - einer Verdopplung der Kanallänge gleichkommt.

Anwesenheit des Backinterface.
Am Backinterface in SIMOX-Bauelementen existiert eine hohe Dichte von Grenzflächen-Störstellen, mit Hilfe derer Elektronen mit Löchern rekombinieren können.

Zur Erklärung der parasitären CP-Anteile sind prinzipiell zwei verschiedene Fälle denkbar:

Mechanismus A:
Ein Teil der Löcher aus der Akkumulationsschicht am Frontinterface gelangt nicht zum -Kontakt, sondern driftet während der steigenden Flanke der Frontgate-Spannung zum Backinterface. Auf diesem Weg rekombinieren diese Löcher entweder über Volumenstörstellen im Filmgebiet oder gelangen direkt an das Backinterface, wo sie mit eventuell vorhandenen Elektronen über die Grenzflächen-Störstellen rekombinieren. Die somit notwendige Anwesenheit einer hohen Anzahl von Elektronen am Backinterface bedeutet, daß das Backinterface invertiert sein muß, um diesen Effekt zu erzeugen.

Mechanismus B:
Während der fallenden Flanke der Frontgate-Spannung gelangt ein Teil der Elektronen aus der Inversionsschicht nicht ins -Gebiet zurück, sondern rekombiniert über Volumenstörstellen im Substrat oder an Grenzflächen-Störstellen am Backinterface. Einige Elektronen können sogar zum Metallkontakt ins -Gebiet gelangen. Entscheidend für ein starkes Auftreten dieses Mechanismus ist die Anwesenheit von Löchern am Backinterface, die mit den verbliebenen Elektronen rekombinieren können. Das bedeutet, daß das Backinterface akkumuliert sein muß, um diesen Effekt zu begünstigen.
Diese Komponente ist ganz analog zur geometrischen Komponente in Substrat-MOSFETs zu sehen. Dort werden im Gegensatz dazu die meisten Elektronen vom metallischen Substratkontakt absorbiert, da die Lebensdauern für Elektronen und Löcher im einkristallinen Silizium recht lang sind.

• 4.5.1 Transiente Generations- und Rekombinationsströme
• 4.5.2 Elektronen und Löcher-Komponente im Vergleich
• 4.5.3 Abhängigkeit von der Kanallänge