37短沟道效应.PPTVIP

* §4-7 短沟道效应 当 L↓时， 分立器件： 集成电路： 但是随着 L 的缩短 ，将有一系列在普通 MOSFET 中不明显的现象在短沟道 MOSFET 中变得很严重，这一系列的现象统称为 “ 短沟道效应 ” 。 上式中， 为沟道下耗尽区的电离杂质电荷面密度。 1、VT 的短沟道效应 原因：漏源区对 QA 的影响。 已知： 考虑到漏源区的影响后，QA 应当改为平均电荷面密度 QAG ： 减小 VT 短沟道效应的措施： 当 VGS VT 且继续增大时，垂直方向的电场 E x 增大，使表面散射进一步增大，μ 将随 VGS 的增大而下降： 上式中， ，于是有： 2 、 迁移率调制效应 (1) VGS（纵向电场 Ex ） 对 μ 的影响 当 VGS 较小时： 上式中， N 沟道 MOSFET 中的典型值为: (2) VDS（横向电场 Ey ）对 μ 的影响 VDS 将产生水平方向的电场 Ey ，当 Ey 很大时，载流子速度将趋于饱和。作为一种最简单的近似方法，可以用二段直线来描述载流子的 v ～Ey 关系： μ = v = vmax v Ey 0 EC (3) 考虑速度饱和后的饱和漏极电流 短沟道MOSFET中，因沟道长度 L 很小， 很高，使漏极附近有可能在沟道尚未被夹断之前， Ey 就达到了EC ，载流子速度就达到了饱和值 vmax ，从而使 ID 饱和。 现设 为使 v ( L ) = vmax 的饱和电压。经计算： 已知 VD sat = VGS -VT 为使沟道夹断的饱和电压，也就是使Q ( L ) = 0 的饱和电压。 由上式可见， 总是小于 。 对于普通 MOSFET， 对于短沟道 MOSFET， 特点：饱和电压正比于 L ，将随 L 的缩短而减小。 设 为考虑速度饱和后的漏极饱和电流，经计算： 特点：饱和电压与 L 无关。 特点： 对于短沟道 MOSFET， 对于普通 MOSFET， 特点： (4) 跨导 gms 的饱和 普通 MOSFET在饱和区的跨导为： 特点： 短沟道 MOSFET在饱和区的跨导为： 特点： 与 ( VGS -VT ) 及 L 均不再有关，这称为跨导的饱和。 (1) 表面 DIBL 效应 当VFB VGS VT 时，能带在表面处往下弯，势垒的降低主要发生在表面，它使亚阈电流 ID sub 产生如下的特点： 3、DIBL（漏诱生势垒降低）效应 当 MOSFET的沟道很短时，漏PN 结上的反偏会对源PN 结发生影响，使漏、源之间的势垒高度降低，从而有电子从源PN结注入沟道区，使 ID 增大。 ① 当 L 缩短后，ID ～VGS 特性曲线中由指数关系过渡到平方关系的转折电压（即阈电压VT ）减小。 在普通 MOSFET中： ② 普通 MOSFET的 ID sub 当 VDS ( 3～5 )( kT / q ) 后与VDS 无关，短沟道 MOSFET的 ID sub 则一直与 VDS 有关。 ③亚阈区转移特性斜率倒数 的值随 L 的缩短而增大，表明短沟道 MOSFET中的VGS 对 ID sub 的控制能力变弱，使 MOSFET 难以截止。 衬底电流的特点： Isub 随 VGS 的增大先增加，然后再减小，最后达到 PN 结反向饱和电流的大小。 (1) 衬底电流 Isub ：沟道夹断区内因碰撞电离而产生的电子空穴对中，电子从漏极流出而成为 ID 的一部分，空穴则由衬底流出而形成衬底电流 Isub 。 4 、强电场效应