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  • mos管短溝道效應(yīng),圖文介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2025-05-19 18:35:36
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    mos管短溝道效應(yīng),圖文介紹
    短溝道效應(yīng)解析
    在 MOS 晶體管領(lǐng)域,當(dāng)溝道長度縮至與漏結(jié)及源結(jié)耗盡層厚度相近時(shí),一系列有別于長溝道 MOS 管特性的現(xiàn)象便會顯現(xiàn),這些現(xiàn)象被統(tǒng)稱為短溝道效應(yīng),其根源在于溝道區(qū)二維電勢分布的形成以及高電場的出現(xiàn)。
    當(dāng) MOSFET 的溝道長度低于 3 微米時(shí),短溝道效應(yīng)便較為突出。此類效應(yīng)的產(chǎn)生主要受以下五種因素影響,這些因素皆源于理想按比例縮小理論的偏離:
    一是電源電壓未能按比例縮小,致使電場強(qiáng)度增大。
    二是內(nèi)建電勢既無法按比例縮小,又不可忽視。
    三是源漏結(jié)深難以按比例減小。
    四是襯底摻雜濃度的上升造成載流子遷移率降低。
    五是亞閾值斜率無法按比例縮小。
    以下借助 MOSFET 3D 能帶圖,深入剖析短溝道效應(yīng)。以 NMOS 為例,當(dāng)施加 Vgs 電壓時(shí),在 Gate 表面,能帶向下彎曲(如圖第三個(gè)圖例所示),這使得電子更易穿越溝道。然而,由于此時(shí) Drain 尚未加壓,能帶位置保持不變,因此并無電流流過。
    一旦給 Drain 加壓(對應(yīng)圖中第四個(gè)圖例),Drain 處能帶向下彎曲,從 Source 經(jīng) Channel 至 Drain 形成能級差,電子得以沿此路徑流動(dòng)。
    mos管短溝道效應(yīng)
    從能帶圖視角審視短溝道效應(yīng),可得出以下結(jié)論:
    對于短溝道(L 極小)的 MOS 管,Source 與 Drain 距離過近,Channel 能帶被向下拉,使得處于 Cut-Off 狀態(tài)的器件 leakage 增大。這是因?yàn)闇系绖輭窘档停瑹峒ぐl(fā)電子在常溫下更易越過勢壘,從 Source 漂移到 Drain,這一效應(yīng)顯著影響亞閾值漏電流。
    若提升 Vds 值,由于 Source 與 Drain 距離過近,Drain 勢壘下降會引發(fā) Channel 勢壘降低,導(dǎo)致溝道電流 Id 對 Vds 的敏感性增強(qiáng),這便是所謂的漏誘生勢壘降低效應(yīng)(DIBL)。
    mos管短溝道效應(yīng)
    因此,若要借助減小溝道 L 值來提升開啟電流,需警惕短溝道效應(yīng)致使 MOS 管關(guān)斷電流呈指數(shù)級增長的風(fēng)險(xiǎn)。
    mos管短溝道效應(yīng)
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