Geschwindigkeitssättigung

Velocity saturation (englisch „Geschwindigkeitssättigung“) bezeichnet einen der Kurzkanaleffekte bei Feldeffekttransistoren (FETs).

Bei hohen Drainspannungen oder kleiner Kanallänge ($L<0.25\mu m$) 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 (velocity saturation). 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 Mobilität $\mu$ der Ladungsträger (mobility degradation).

Als Konsequenz steigt der Drainstrom im Transistor weniger stark an, als man erwarten würde. Dies äußert sich z.b. in der Transferkennlinie $I_{\mathrm {D} }(V_{\mathrm {GS} })$ des Transistors, welche statt eines quadratischen Verlaufs nur noch einen linearen Stromanstieg aufweist. Die Transkonduktanz $g_{\mathrm {m} }$ wird damit unabhängig vom Strom, was meist sehr ungünstig ist.

Dieser Effekt ist vor allem bei DSM-Technologien (DSM – deep sub micron) aufgrund der sehr kurzen Transistoren relevant.