Geschwindigkeitssättigung

Die Geschwindigkeitssättigung (englisch velocity saturation) bezeichnet einen der Kurzkanaleffekte bei Feldeffekttransistoren (FETs).

Bei hohen Drainspannungen oder kleiner Kanallänge ($L < 0{,}25~\mathrm{\mu m}$) wird das longitudinale elektrische Feld E im Kanal sehr groß. Nach $v = \mu \cdot E$ müsste die Driftgeschwindigkeit v der Ladungsträger stetig zunehmen. Oberhalb einer kritischen Feldstärke sättigt die Geschwindigkeit jedoch. Diese Sättigung wird durch die erhöhte Streurate hochenergetischer Elektronen, hauptsächlich infolge optischer Phononenemission, verursacht.

Alternativ spricht man wegen $\mu = \frac{v}{E}$ auch von einer Abnahme der Ladungsträgerbeweglichkeit μ (engl. mobility degradation).

Als Konsequenz steigt der Drainstrom im Transistor weniger stark an, als man erwarten würde. Dies äußert sich z. B. in der Transferkennlinie I_D(V_GS) des Transistors, welcher statt eines quadratischen Verlaufs nur noch einen linearen Stromanstieg aufweist. Die Transkonduktanz g_m wird damit unabhängig vom Strom, was meist sehr ungünstig ist.

Dieser Effekt ist vor allem bei DSM-Technologien (DSM, engl. deep submicron) aufgrund der sehr kurzen Transistoren relevant.

Literatur

• Thomas Tille, Doris Schmitt-Landsiedel: Mikroelektronik: Halbleiterbauelemente und deren Anwendung in elektronischen Schaltungen. Springer, Berlin 2005, ISBN 3-540-20422-9.