Geschwindigkeitssättigung

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 ID(VGS) des Transistors, welcher statt eines quadratischen Verlaufs nur noch einen linearen Stromanstieg aufweist. Die Transkonduktanz gm 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.

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