解析短溝道效應(yīng)-MOSFET的短溝道效應(yīng),必看-KIA MOS管

MOSFET的短溝道效應(yīng)

當(dāng)MOS晶體管的溝道長度小到可以和漏結(jié)及源結(jié)的耗盡層厚度相比擬時(shí),會出現(xiàn)一些不同于長溝道MOS管特性的現(xiàn)象,統(tǒng)稱為短溝道效應(yīng)，它們歸因于在溝道區(qū)出現(xiàn)二維的電勢分布以及高電場。

MOSFET的短溝道效應(yīng)：當(dāng)溝道區(qū)的摻雜濃度分布一定時(shí),如果溝道長度縮短,源結(jié)與漏結(jié)耗盡層的厚度可與溝道長度比擬時(shí)，溝道區(qū)的電勢分布將不僅與由柵電壓及襯底偏置電壓決定的縱向電場有關(guān)，而且與由漏極電壓控制的橫向電場也有關(guān)。

換句話說,此時(shí)緩變溝道近似不再成立。這個(gè)二維電勢分布會導(dǎo)致閾值電壓隨L的縮短而下降，亞閾值特性的降級以及由于穿通效應(yīng)而使電流飽和失效。

MOSFET的短溝道效應(yīng)：當(dāng)溝道長度縮短,溝道橫向電場增大時(shí),溝道區(qū)載流子的遷移率變成與電場有關(guān),最后使載流子速度達(dá)到飽和。

當(dāng)電場進(jìn)一步增大時(shí),靠近漏端處發(fā)生載流子倍增，從而導(dǎo)致襯底電流及產(chǎn)生寄生雙極型晶體管效應(yīng)。強(qiáng)電場也促使熱載流子注入氧化層，導(dǎo)致氧化層內(nèi)增加負(fù)電荷及引起閾值電壓移動、跨導(dǎo)下降等。

由于短溝道效應(yīng)使器件的工作情況變得復(fù)雜化，并使器件特性變差,因此,必須弄清其機(jī)理,并設(shè)法避免之,或采取適當(dāng)措施使短溝道器件在電特性方面能保持電路正常工作。

MOSFET的短溝道效應(yīng)

MOSFET的溝道長度小于3um時(shí)發(fā)生的短溝道效應(yīng)較為明顯。短溝道效應(yīng)是由以下五種因素引起的，這五種因素又是由于偏離了理想按比例縮小理論而產(chǎn)生的。它們是:

（1）由于電源電壓沒能按比例縮小而引起的電場增大;

（2）內(nèi)建電勢既不能按比例縮小又不能忽略;

（3）源漏結(jié)深不能也不容易按比例減小;

（4）襯底摻雜濃度的增加引起載流子遷移率的降低;

（5）亞閾值斜率不能按比例縮小。

亞閾值特性

我們的目的是通過MOSFET的亞國值特性來推斷閾值電壓到底能縮小到最小極限值。對于長溝道器件而言，亞閾值電流由下式給出

MOSFET的短溝道效應(yīng)