4.5 Maximaler Drainstrom



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4.5 Maximaler Drainstrom

Von zentraler Bedeutung für ein gutes Gesamtverhalten einer MOSFET-Schaltung ist der maximale Drainstrom oder Sättigungsstrom , den ein einzelner Transistor zu treiben vermag, wenn sowohl Drain-Source- als auch Gate-Source-Spannung gleich der Versorgungsspannung sind. In der Simulation hat es erst dann Sinn auf den Sättigungsstrom einzugehen, wenn Threshold-Spannung und Subthreshold-Verhalten hinreichend zufriedenstellend mit den Messungen übereinstimmen, da sich beim Sättigungsstrom alle bisherigen Unsicherheiten der Simulation addieren.

In einer einfachen Formulierung (Parabelnäherung) ergibt sich der Drainstrom im Sättigungsbetrieb (für den -Kanal-Transistor) aus [Sze81] zu

 

mit der Kanalweite und der Elektronenbeweglichkeit . Alle Unsicherheiten in der Threshold-Spannung gehen also quadratisch in den Sättigungsstrom ein. ist verkehrt proportional zur Kanallänge. Der Sättigungsstrom ergibt also in doppelt-logarithmischer Darstellung über der Kanallänge im Idealfall eine Gerade (vgl. Abb. 4.11). Weil aber die Threshold-Spannung mit sinkender Kanallänge ebenfalls sinkt, wird der Sättigungsstrom überproportional zu steigen. Tatsächlich wird eine Abweichung um vom Geradenverlauf nach oben als ein Kriterium für die Bereichsgrenze zwischen Kurz- und Langkanalverhalten herangezogen (z.B. in [Chu91]).

  
Abbildung: Sättigungsstrom als Funktion der Gate-Länge .

Der Vergleich von gemessenem und simuliertem Sättigungs-Drainstrom muß immer zuerst für einen relativ weiten Transistor erfolgen. Dadurch soll der bei zweidimensionaler Simulation nicht berücksichtigte Einfluß der Kanalweitenbegrenzung durch ein Oxid mit seinem nicht-abrupten Verlauf (,,bird's beak``) auf die effektiv wirksame Kanalweite gemildert werden (,,narrow channel effect``). Freilich kann man auch anstelle der gezeichneten Kanalweite eine Abschätzung der effektiven Kanalweite versuchen oder gleich mittels dreidimensionaler Bauelementsimulation modellieren. Bei Nichtübereinstimmung zwischen gemessener und simulierter Drainstrom-Treiberfähigkeit sollte es jedoch generell nicht Mittel erster Wahl sein, die Parameter des Beweglichkeitsmodells im Simulator (z.B. [Sel90] [Slo89] für MINIMOS) für jeden Einzelprozeß anzupassen.



Martin Stiftinger
Mon Oct 17 21:16:53 MET 1994