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*******12.1非理想效应迁移率变化迁移率变化:载流子受到E垂直E水平两个电场的影响VGS产生垂直沟道长度L方向的垂直电场--E垂直VGS↑→E垂直↑→漂移运动的电子更接近于氧化层和半导体的界面表面散射增强,载流子的表面迁移率μ下降漏电流、跨导随栅压增加而增加的趋势减缓VDS产生沿沟道方向的水平电场--E水平VDS↑→E水平↑→近漏端最先发生载流子速度饱和载流子的μ下降器件因载流子速度饱和而电流饱和弹道运输短沟器件,L小于散射平均自由程,高速器件第12章MOSFET进阶
12.3阈值电压修正*半导体器件物理II
场效应器件物理*12.3阈值电压修正本节内容阈值电压的短沟效应(VT与L相关)阈值电压的窄沟效应(VT与W相关)阈值电压的离子注入调整技术漏、源区扩散结深rj表面空间电荷区厚度xdT*12.3阈值电压修正VT与L、W的相关性n沟道MOSFET短沟道长沟道n沟道MOSFET窄沟道宽沟道VGS=VT时,VGS作用下?s=2?fp,栅氧下方耗尽层电荷达到最大值Q`SDmax长宽沟MOSFET的VT与W、L无关短沟(L~xj),VT随L的减小而减小窄沟(W~xdT),VT随W的减小而增大VGS=VT时,VGS作用下形成的Q`SDmax变化,VT改变*12.3阈值电压修正VT随L的变化:电荷共享模型电荷共享模型:源衬结(0偏)和漏衬结(0偏)的耗尽层向轻参杂侧沟道区衬底扩展栅氧下方近S/D区的部分耗尽层电荷由pn结产生VGS=VT时,栅氧下方的耗尽层电荷并非全由VGS作用产生可近似为:左右下方两个三角形内的耗尽层电荷由pn结偏压下控制产生只梯形内的耗尽层电荷由VGS控制产生*12.3阈值电压修正VT随L的变化:电荷共享模型电荷共享:两三角形内QSD在VDB、VSB下产生,梯形内QSD由VGS控制产生长沟MOSFET(理想模型)两三角形内耗尽层电荷相对量较少,近似栅氧下方矩形框内所有耗尽层电荷均在VGS作用产生短沟MOSFETL越小,两三角形内耗尽层电荷相对量越多栅氧下方由VGS产生的耗尽层电荷越少,Q`SDmax↓,VT随L的↓而减小*12.3阈值电压修正VT随L变化:耗尽层电荷Q`w*12.3阈值电压修正VT随L的变化:ΔL的计算源-衬结耗尽层宽度表面耗尽层宽度漏-衬结耗尽层宽度源、漏pn结结深*若沟道长度L短到与漏-源结深rj相当时:L越短,ΔVT越负,值越大,VT随L的减少而减少12.3阈值电压修正VT随L的变化:ΔVT的计算*12.3阈值电压修正VT随L的变化:关系曲线沟道长度L的影响:衬底掺杂浓度Na的影响:*12.3阈值电压修正VT随L的变化:VDS和VBS影响漏源偏压VDS0的影响?漏衬n+p反偏压↑,耗尽层向沟道区展宽Q`SDmax↓→VT↓曲线:VBS=0时,VDS=0和VDS=0.125(斜率大)衬源偏压/VBS/0的影响??s↑,Q`SDmax↑→VT0(/VBS/=1.25)VT0(/VBS/=0)源衬结(漏衬结)反偏压↑,耗尽层向沟道区↑Q`SDmax↓→VT↓曲线:VDS=0时,/VBS/=0和/VBS/=1.25(斜率大)*12.3阈值电压修正VT随W的变化:耗尽层电荷MOSFET半导体表面耗尽层在宽度方向将存在横向展宽现象栅边缘电场的作用,栅两侧下方半导体有多子被耗尽,存在空间电荷区VGS=VT时,VGS作用下要产生中间矩形和两侧的耗尽层电荷沿沟宽W的器件剖面图wL*12.3阈值电压修正VT随W的变化:耗尽层电荷Q`VGS=VT时,VGS作用下要产生中间矩形和两侧的耗尽层电荷理想情况(宽沟器件):栅两侧空间电荷的量相对少,可忽略近似认为只中间矩形内的耗尽层电荷受VGS控制,,Q`SDmax与W无关实际情况(窄沟器件):W越小,两侧空间电荷的量相对多,不可忽略需VGS控制产生的耗尽层电荷Q`SDmax增多,VT随W的↓而增大*12.3阈值电压修正VT随W的变化:耗尽层电荷Q`若栅边缘处耗尽层的扩展相等,均为耗尽层最大厚度XdT,则两侧为1/4圆L*若沟道宽度W窄到与表面耗尽层宽度xdT相当时:W越小,ΔVT越大,VT随W的减少而增加12.3阈值电压修正V
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