什麼是速度飽和

在強電場下，載子的漂移速度不與電場成正比，而在約 1×10⁷ cm/s 達到上限的現象。在短通道 MOSFET 中，是汲極電流小於平方律的原因。

日文名稱: 速度飽和

「速度飽和」出現在2領域的4道練習題中（半導體物性, MOSFET等）。

這個名詞所屬的領域: MOSFET

練習速度飽和的題目

對遷移率為1000 cm²/V·s的電子施加100 V/cm的電場時，漂移速度是多少？

  1. A1×10³ cm/s
  2. B1×10⁵ cm/s
  3. C1×10⁷ cm/s
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正確答案：B. 1×10⁵ cm/s

漂移速度為 v = μE，所以 1000 cm²/V·s × 100 V/cm = 1×10⁵ cm/s。單位為 cm²/V·s × V/cm = cm/s，可藉由確認單位來驗算。不過，只有在弱電場範圍內才成正比，矽中的電子在超過約10⁴ V/cm之後，增加幅度就會變緩，並在約1×10⁷ cm/s達到飽和（速度飽和）。微細MOSFET的通道就是在這個強電場區域中運作。

對矽中的電子施加強電場時，漂移速度會如何變化？

  1. A與電場成正比，無限增大
  2. B趨近某個值（約1×10⁷ cm/s），之後幾乎不再增加
  3. C電場越強則越小
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正確答案：B. 趨近某個值（約1×10⁷ cm/s），之後幾乎不再增加

電場較弱時，漂移速度與電場成正比，但電場變強後，載子因發射光學聲子而失去能量的散射增加，矽中的電子在約1×10⁷ cm/s達到飽和（速度飽和）。因此在短通道MOSFET中，電流不再與閘極電壓的平方成正比，而是大致與一次方成正比。在GaAs中，強電場下電子會躍遷到較重的能谷而使速度下降，這被用於耿氏效應的振盪。

解析中的「速度飽和」

出現「速度飽和」的題目（4題）

  1. 對遷移率為1000 cm²/V·s的電子施加100 V/cm的電場時，漂移速度是多少？
  2. 對矽中的電子施加強電場時，漂移速度會如何變化？
  3. 長通道MOSFET在飽和區工作時，汲極電流ID大致與什麼成正比？（VGS：閘極-源極間電壓，Vth：臨界電壓）
  4. 長通道nMOSFET在飽和區工作的條件，下列何者正確？（設 VGS > Vth）

相關名詞

遷移率 飽和區 GaAs(砷化鎵) 臨界電壓 反轉層 平帶電壓 次臨界擺幅 基板偏壓效應 貫穿(Punch-through) 貫穿電流

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