mos線(xiàn)性閾值模型
信息來(lái)源:本站 日期:2017-07-06
MOSFET按比例減少MOSFET尺寸的縮減在一開(kāi)端即為一持續的趨向.在集成電路中,較小的器件尺寸可到達較高的器件密度,此外,較短的溝道長(cháng)度町改善驅動(dòng)電流(ID~1/L)以及工作時(shí)的特性,但是,由于電子器件尺寸的縮減,溝道邊緣(如源極、漏極及絕緣區邊緣)的擾動(dòng)將變得愈加重要,因而器件的特性將不再恪守長(cháng)溝道近似(long channel approximation)的假定.
6.3.1 短溝道效應(short-channel effect)式(45)中的閾值電壓是基于6.2,l節中的突變溝道近似推導得出的,也即襯底耗盡區內的電荷僅由柵極電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)所感應出.換言之,式(45)中的第三項與源極到漏極間的橫向電場(chǎng)無(wú)關(guān).但是隨著(zhù)溝道長(cháng)度的縮減,源極與漏極問(wèn)的電場(chǎng)將會(huì )影響電荷散布、閾值電壓控制以及器件漏電等器件特性,
當溝道的邊緣效應變得不可疏忽時(shí),隨著(zhù)溝道的縮減,n溝道MOSFET的閾值電壓通常會(huì )變得不像原先那么正,而關(guān)于p溝道MOSFET而言,則不像原先那么負,圖6.23顯現了在VDS=o.05V時(shí)VT下跌的現象.閾值電壓F跌可用如圖6.24所示的電荷共享(chargesharing)模型來(lái)加以解釋?zhuān)藞D為一個(gè)n溝道MOSFET的剖面圖,且器件工作在線(xiàn)性區(VDs≤o.1V),因而漏極結的耗盡區寬度簡(jiǎn)直與源極結相同.由于溝道的耗盡區與源極和漏極的耗盡區堆疊,由柵極偏壓產(chǎn)生的電場(chǎng)所感應生成的電荷可用這梯形區域來(lái)近似同等.
閾值電壓漂移量AVT是由于耗盡區由長(cháng)方形LXWm變?yōu)樘菪?L+L‘) Wm/2,而使得電荷減少所形成的.△VT為(參考習題27):
二、漏場(chǎng)感應勢壘降落
當短溝道MOSFET的漏極電壓由線(xiàn)性區增至飽和區時(shí),其閾值電壓下跌將更嚴重(如圖6.23所示).此效應稱(chēng)為舞場(chǎng)感應勢壘降落.數個(gè)不同溝道長(cháng)度的n溝道器件的源極與漏極間的外表電勢如圖6.25所示,點(diǎn)線(xiàn)為VDS=o,實(shí)線(xiàn)為VDS>o.當柵極電壓小于VT時(shí),p—型硅襯底在n+源極與漏極問(wèn)構成一勢壘,并限制電子流由源極流向漏極.對工作在飽和區的器件而言,漏極結的耗盡區寬度遠大于源極結,在長(cháng)溝道的例子中,增加漏極結耗盡區寬度并不會(huì )影響勢壘高度(參閱圖6.25中lμm的例子).但當溝道長(cháng)度足夠短時(shí),漏極電壓的增加將減小勢壘高度(圖6.25中o.3μm與o.5μm的例子),此歸因于漏極與源極太接近所形成的外表區的電場(chǎng)浸透,此勢牟降低效應會(huì )招致電子由源極注入漏極,形成亞閾值電流的增加.因而在短溝道器件中,閡值電壓會(huì )隨漏極電壓增加而降低.
三、本體穿通
DIBL形成在Si02/Si的界面構成漏電途徑,當漏極電壓足夠大時(shí),可能也會(huì )有顯著(zhù)的漏電流由源極經(jīng)短溝道MOSFET的本體流至漏極,此也可歸因于漏極結耗盡區的寬度會(huì )隨著(zhù)漏極電壓增加而擴張.在短溝道的MOSFET中,源極結與漏極結耗盡區寬度的總和與溝道長(cháng)度相當.當漏極電壓增加時(shí),漏極結的耗盡區逐步與源極分離并,因而大量的漏極電流可能會(huì )由漏極經(jīng)本體流向源極。圖6.27為短溝道MOSFET(L=0.23μm)的亞閾值特性.當漏極電壓由0.1V增加至IV時(shí),DIBL所形成亞閾值特性的平行位移如圖6,26(b)所示;而當漏極電壓再增加至4v時(shí),其亞閾值擺幅將遠大于低漏極偏壓時(shí)的值,因而,器件將會(huì )有十分高的漏電流,這也顯現出本體穿通效應相當顯著(zhù),柵極不再可以將器件完整關(guān)閉,且無(wú)法控制漏極電流,高漏電流將限制短溝道MOSFET器件的工作
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