5.7: El fuerte límite de carga

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Marc Baldo
Massachusetts Institute of Technology via MIT OpenCourseWare

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En metales y muchos transistores grandes en estado ON, la densidad de estados en el nivel Fermi es suficientemente grande como para que sumar cargas apenas mueva el potencial del canal. Nosotros decimos que el nivel Fermi está clavado. En el límite que\(g(E_{F}) \rightarrow \infty\) entonces\(\Delta U \rightarrow 0\).

En cuanto a la capacitancia cuántica, encontramos que si\(C_{Q} \gg C_{ES}\), la Ecuación (5.4.5) reduce a

\[ q \delta N = \delta V_{GS}C_{G} \nonumber \]

Este límite también se conoce como inversión fuerte en el análisis FET convencional. El canal se transforma de un aislante a un metal. La transición ocurre cuando la polarización de la puerta es igual al voltaje umbral\(V_{T}\), que se define como la polarización de la puerta requerida para empujar el nivel de energía del canal hacia abajo a la función de trabajo fuente.

En el límite de carga fuerte/metálico, la puerta y el canal actúan como dos placas de un condensador. La carga en el canal luego cambia linealmente con sesgo de puerta adicional. En los FET, el potencial del canal relativo a la fuente\(V(x)\), también puede variar con la posición. Incluyendo el potencial de canal y el voltaje umbral en la Ecuación\ ref {5.7.1} rinde:

Una forma de interpretar el límite metálico es considerar la diferencia entre la posición real del borde de la banda de conducción y su posición en ausencia de carga. La diferencia es proporcional a la cantidad de carga; ver Figura\(\PageIndex{1}\). Tenga en cuenta que la región sombreada en la figura no representa estados de electrones llenos por debajo de la banda de conducción. Estos electrones están de hecho todos en la parte inferior de la banda de conducción. Más bien esta es la misma herramienta gráfica que usamos en la Parte 3 para analizar la carga dentro de los conductores.

El límite de inversión metálica o fuerte solo se mantiene durante\(V_{GS}-V_{T}-V(x)>0\). Si V (x) cruza el límite de carga cero\((V_{GS}-V_{T})\), entonces la carga disminuye a cero. Esto se conoce como “pellizcar”.

Captura de pantalla 2021-05-18 a las 18.18.51.png — Figura\(\PageIndex{1}\): La carga se opone a los cambios inducidos por puerta en el potencial del canal. Aquí ilustramos el efecto de la carga en un FET no balístico. En ausencia de carga, el aumento del potencial de puerta disminuye el borde de la banda de conducción (el “límite de carga cero”). La carga empuja el borde de la banda de conducción hacia atrás hacia la función de trabajo de origen. La región sombreada en rojo es la diferencia entre el potencial real del canal y el límite de carga cero. Representa la población de electrones en la banda de conducción. No representa estados llenos debajo de la parte inferior de la banda de conducción.