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，

一、線(xiàn)性區中的閾值電壓

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）：

其中NA為襯底的摻雜濃度．wm為耗盡區寬度，ri為結深度，L為溝道長(cháng)度，而C。為每單位面積的柵極氧化層電容.

對長(cháng)溝道器件而言，由于△（圖6.24）遠小于L，所以電荷減少量較小，但是關(guān)于短溝道器件而言，由于厶與L相仿，所以導通器件所需的電荷將大幅公開(kāi)降，由式(47)可知，對給定一組已知的NA、Wm、ri以及Co，閾值電壓將隨溝道長(cháng)度的縮減而下降．

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.

圖6.26描繪在高與低的漏極偏壓條件下，長(cháng)與短溝道的n溝道MOSFET的亞閾值特性．隨著(zhù)漏極電壓的增加，短溝道器件中亞閾值電流的平行位移[圖6.26(b)]顯現有顯著(zhù)DIBI．效應存在，

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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