Jena 2013 – scientific programme

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MP: Fachverband Theoretische und Mathematische Grundlagen der Physik

MP 1: Verschiedenes

MP 1.2: Talk

Tuesday, February 26, 2013, 11:35–11:55, HS 8

Mathematische Modellierung charakteristischer Rauscheinflüsse auf MOSFET-Transistoren — •Sonja Engert, Ralf Granzner, Frank Schwierz und Hannes Töpfer — TU Ilmenau

Silizium-MOSFETs gehören zu den Grundelementen in integrierten Logikschaltungen. Ein gebräuchlicher Weg zur Steigerung der Energieeffizienz ist die Verringerung der Signalpegel, was zu dem sogenannten Subthreshold-Betrieb führt. Ein Vorteil dieser Maßnahme ist, dass sie auf die gebräuchlichen Strukturen angewendet werden kann. Allerdings führt die Verringerung des Signalpegels zur Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Für jeden Transistor lassen sich ein Ein- und ein Aus-Zustand als zwei beliebige Punkte auf der Übertragungskennlinie definieren. In dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Rauscharten hinsichtlich der Auswirkung auf diese Zustände mathematisch untersucht. Das thermische Rauschen ist, wurde als gaußverteiltes Ausgangssignal (Drain-Strom) modelliert. Es beeinflusst das Zustandsverhalten im gesamten Bereich der Gatespannung. Das Random-Telegraph-Rauschen (RTN) wird durch Traps an der Grenzfläche zwischen Gateoxid und Kanal verursacht, welche entsprechend der Ladungsträgerstatistik entweder geladen oder neutral sein können. Es bewirkt ein zufälliges Hin- und Herschalten des Drainstromes zwischen zwei festen Pegeln bei konstanter Gatespannung. Dieser Rauscheinfluss wirkt entweder auf den Ein- oder auf den Aus-Zustand, je nach Polarisierung des Traps. Es wird eine Methode demonstriert, anhand derer sich Aussagen treffen lassen, in welchem Bereich die Gatespannung bei bekannten Transistoreigenschaften und RTN-Pegel liegen darf.