CMOS——短溝道效應詳細分析-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2021-10-08
在半導體的制造中，始終遵循著(zhù)摩爾定律，于是集成電路的尺寸持續減小，于是MOSFET的溝道長(cháng)度也相應地縮短，這就導致了MOSFET管中的S和D（源和漏）的距離越來(lái)越短；
因此柵極對溝道的控制能力變差，這就意味著(zhù)柵極電壓夾斷（pinch off）溝道的難度變大，于是使得亞閾值漏電（subthreshold leakage）現象，即短溝道效應（short-channel effect）更加容易發(fā)生。
胡正明教授對此給了個(gè)非常容易理解的例子：當一條水管很長(cháng)的時(shí)候，那么用一塊石頭就可以很容易將其堵住（或者踩一腳），但是，當它很短的時(shí)候，這塊石頭就可能堵不住水管了，因為它可能放不下了，這就對應上段說(shuō)的，溝道越短越難堵住電流（防止漏電）。
有下列五種，簡(jiǎn)單講就是溝道短了容易漏電
（1）由于電源電壓沒(méi)能按比例縮小而引起的電場(chǎng)增大;
（2）內建電勢既不能按比例縮小又不能忽略;
（3）源漏結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
為了減小短溝道效應的影響，提出了應變硅技術(shù)、高K電介質(zhì)氧化層、金屬柵、SOI等新方法以改善器件性能。
然而，在28 nm以下工藝節點(diǎn)，平面MOSFET器件結構中，柵極對溝道的有效控制面臨嚴峻挑戰，而革新的三維立體器件結構，如Fin FET結構具有更有效的柵極控制，可獲得更優(yōu)異的器件性能。
為什么增加溝道接觸面可以緩解短溝道的發(fā)生? 也就是下面FinFET工藝原文中實(shí)驗部分的證明。
FinFET工藝
鰭式場(chǎng)效應晶體管FinFET的概念最初源于雙柵MOS晶體管的構想，通過(guò)增加柵極與溝道的接觸面積來(lái)增強對導電溝道的控制。
下面是FinFET的立體模型（三鰭）：
由于溝道接觸面的增長(cháng)，可以從一定程度上緩解短溝道效應，從而將芯片制程繼續下探；
三星有個(gè)改良版——GAA(gate all around)，它大概長(cháng)這樣，可以清楚看到，思路大體上還是不變的，溝道面積計算由之前的3面變成4面而已。
總結
溝道短了——短溝道效應——新材料、FinFET工藝等緩解（k值（介電常數）與面積）
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