晶体管原理与设计（微电子器件）第5-8章.ppt

* 5.8 短沟道效应 当 MOSFET 的沟道长度 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 中变得严重起来，这一系列的现象统称为 “ 短沟道效应 ” 。 5.8.1 小尺寸效应 1、阈电压的短沟道效应 实验发现，当 MOSFET 的沟道长度 L 缩短到可与源、漏区的结深 xj 相比拟时，阈电压 VT 将随着 L 的缩短而减小，这就是 阈电压的短沟道效应 。 代表沟道下耗尽区的电离杂质电荷面密度 。考虑漏源区的影响后，QA 应改为平均电荷面密度 QAG 。 原因：漏源区对 QA 的影响 减小阈电压短沟道效应的措施 2、阈电压的窄沟道效应 实验发现，当 MOSFET 的沟道宽度 Z 很小时，阈电压 VT 将随 Z 的减小而增大。这个现象称为 阈电压的窄沟道效应。 当 VGS VT 且继续增大时，垂直方向的电场 E x 增大，表面散射进一步增大，? 将随 VGS 的增大而下降， 式中， 5.8.2 迁移率调制效应 1、VGS 对 ? 的影响 当 VGS 较小时， 式中， N 沟道 MOSFET 中的典型值为 2、VDS 对 ? 的影响 VDS 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。简单的近似方法是用二段直线来描述载流子的 v ~ Ey 关系， ? = v = vmax v Ey 0 EC 已知 VDsat = VGS – VT 为使沟道夹断的饱和漏源电压，也就是使 Qn(L) = 0 的饱和漏源电压。 3、速度饱和对饱和漏源电压的影响 短沟道 MOSFET 中，因沟道长度 L 很小， 很高，使漏极附近的沟道尚未被夹断之前，Ey 就达到了临界电场 EC ，载流子速度 v (L) 就达到了饱和值 vmax ，从而使 ID 饱和。 现设 V?Dsat 为使 v (L) = vmax 的饱和漏源电压。经计算， 可见，V?Dsat 总是小于 VDsat 。 对于普通 MOSFET， 对于短沟道 MOSFET， 特点：饱和漏源电压正比于 L，将随 L 的缩短而减小。 特点：饱和漏源电压与 L 无关。 设 I?Dsat 为使 v (L) = vmax 的漏极饱和电流，经计算， 4、速度饱和对饱和漏极电流的影响 特点： 对于短沟道 MOSFET， 对于普通 MOSFET， 特点： 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。 5、速度饱和对跨导的影响 6、速度饱和对最高工作频率的影响 由式 (5-142b)，普通 MOSFET 的饱和区最高工作频率为 特点：fT 正比于 ( VGS – VT )，反比于 L2 。 将短沟道 MOSFET 的饱和区跨导代入式 ( 5-142b ) ，得短沟道 MOSFET 的饱和区最高工作频率为 特点：f?T 与 VGS 无关，反比于 L 。 5.8.3 漏诱生势垒降低 ( DIBL ) 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 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。 ② 普通 MOSFET 的 IDsub 当 VDS (3 ~ 5) (kT/q) 后与 VDS 无