Rev. Phys. Appl. (Paris) 14, 763-773 (1979)
DOI: 10.1051/rphysap:01979001408076300

Propriétés en hautes fréquences des transistors MOS à canal court. Analyse théorique des propriétés de la zone active

P. Rossel, G. Guégan et H. Martinot

Laboratoire d'Automatique et d'Analyse des Systèmes du Centre National de la Recherche Scientique, 7, avenue du Colonel-Roche, 31400 Toulouse, France

Abstract
In this paper, two methods are proposed for the determination of the high frequency parameters of the MOS transistor. The effects of the mobility reduction of the carriers as a result of the action of the longitudinal (short channel effect) and the transversal components of the electrical field are taken into account. The first method involves writing out the admittance matrix terms in the form of an infinite series expansion where the powers in the series increase with the frequency. The second method enables one to obtain analytical expressions with a precisely defined range of utility as regards frequency and polarisation voltages. The yij terms are normalised by the introduction of reduced variables. The mobility reduction effects manifest themselves by an appreciable reduction in both the real and imaginary parts of the admittance terms (especially the direct transfer admittance) in comparison with the results deduced from the constant mobility analyses already proposed. The results obtained bring out the nead to take into account this mobility reduction in the evaluation of the high frequency characteristics of the new transistor MOS families (D. MOS and V. MOS).

Résumé
On propose deux méthodes de détermination des paramètres hautes fréquences de la zone active du transistor MOS. Les effets de réduction de la mobilité des porteurs, particulièrement sensibles dans les transistors à canaux courts, sont pris en compte. La première méthode conduit à expliciter les facteurs de la matrice admittance sous forme de combinaisons de développements en séries infinies selon les puissances croissantes de la fréquence. La deuxième méthode permet d'obtenir des expressions analytiques dont le domaine de validité en fonction de la fréquence et des tensions de polarisation est précisé. Les facteurs [yij] sont normalisés par introduction de variables réduites. Les effets de la réduction de mobilité et de saturation de la vitesse se traduisent par une diminution notable des parties réelles et imaginaires des facteurs admittances - notamment de l'admittance de transfert directe - par rapport aux analyses classiques. Les résultats obtenus font apparaître la nécessité de tenir compte de cette réduction pour l'évaluation des caractéristiques hautes fréquences des transistors (D. MOS, V. MOS) de la nouvelle génération à canal court.

PACS
7340Q - Electrical properties of metal insulator semiconductor structures.
2560R - Insulated gate field effect transistors.

Key words
insulated gate field effect transistors -- short channel MOST -- channel behaviour -- high frequency parameters -- short channel effect -- admittance -- carrier mobility