微电子器件B-4-8-2015短沟道效应.ppt

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1、4.8短沟道效应当MOSFET的沟道长度L↓时，分立器件：集成电路：但是随着L的缩短，将有一系列在普通MOSFET中不明显的现象在短沟道MOSFET中变得严重起来，这一系列的现象统称为“短沟道效应”。4.8.1小尺寸效应1、阈电压的短沟道效应实验发现，当MOSFET的沟道长度L缩短到可与源、漏区的结深xj相比拟时，阈电压VT将随着L的缩短而减小，这就是阈电压的短沟道效应。式中，代表沟道下耗尽区的电离杂质电荷面密度。考虑到漏源区的影响后，QA应改为平均电荷面密度QAG。原因：漏源区对QA的影响。已知减小阈电压短沟道效应

2、的措施：2、阈电压的窄沟道效应实验发现，当MOSFET的沟道宽度Z很小时，阈电压VT将随着Z的减小而增大。这个现象称为阈电压的窄沟道效应。当VGS>VT且继续增大时，垂直方向的电场Ex增大，使表面散射进一步增大，将随VGS的增大而下降，式中，，于是，4.8.2迁移率调制效应1、VGS对的影响当VGS较小时，式中，N沟道MOSFET中的典型值为2、VDS对的影响VDS产生水平方向的电场Ey。当Ey很大时，载流子速度将趋于饱和。简单的近似方法是用二段直线来描述载流子的v~Ey关系：=v=vmaxvEy0EC已知V

3、Dsat=VGS–VT为使沟道夹断的饱和漏源电压，也就是使Qn(L)=0的饱和漏源电压。3、速度饱和对饱和漏源电压的影响短沟道MOSFET中，因沟道长度L很小，很高，使漏极附近的沟道尚未被夹断之前，Ey就达到了临界电场EC，载流子速度v(L)就达到了饱和值vmax，从而使ID饱和。现设VDsat为使v(L)=vmax的饱和漏源电压。经计算，可见，VDsat总是小于VDsat。对于普通MOSFET，对于短沟道MOSFET，特点：饱和漏源电压正比于L，将随L的缩短而减小。特点：饱和漏源电压与L无关。设IDsat为使

4、v(L)=vmax的漏极饱和电流，经计算，4、速度饱和对饱和漏极电流的影响特点：对于短沟道MOSFET，对于普通MOSFET，特点：普通MOSFET在饱和区的跨导为特点：短沟道MOSFET在饱和区的跨导为特点：与(VGS-VT)及L均不再有关，这称为跨导的饱和。5、速度饱和对跨导的影响6、速度饱和对最高工作频率的影响由式(4-142b)，普通MOSFET的饱和区最高工作频率为特点：ft正比于(VGS-VT)，反比于L2。将短沟道MOSFET的饱和区跨导代入式(4-142b)，得短沟道MOSFET的饱和区最高工作频率为

5、特点：ft与VGS无关，反比于L。4.8.3漏诱生势垒降低效应当MOSFET的沟道很短时，漏PN结上的反偏会对源PN结发生影响，使漏、源之间的势垒高度降低，从而有电子从源PN结注入沟道区，使ID增大。①L缩短后，ID~VGS特性曲线中由指数关系过渡到平方关系的转折电压（即阈电压VT）减小。②普通MOSFET的IDsub当VDS>(3~5)(kT/q)后与VDS无关，短沟道MOSFET的IDsub则一直与VDS有关。③亚阈区栅源电压摆幅的值随L的缩短而增大，这表明短沟道MOSFET的VGS对IDsub的控制能力变弱，

6、使MOSFET难以截止。1、表面DIBL效应当VFB

7、衬底流出而形成衬底电流Isub。4.8.4强电场效应原因：衬底电流可表为；另一方面，夹断区内的电场可表为当VGS较大时，ID的增大不如αi的减小，使Isub减小。对于固定的VDS，当VGS增大时，ID增加；但Ey减小，使αi减小，即：当VGS较小时，ID的增大超过αi的减小，使Isub增加。当VGS增大到使碰撞电离消失时，Isub成为漏PN结的反向饱和电流。当VGS增大时2、击穿特性第一类，正常雪崩击穿特点：漏源击穿电压BVDS随栅源电压VGS的增大而增大，并且是硬击穿。这一类击穿主要发生在P沟道MOSFET（包括短

8、沟道）与长沟道N沟道MOSFET中。第二类，横向双极击穿特点：BVDS随VGS的增大先减小再增大，其包络线为C形，并且是软击穿，主要发生在N沟道短沟道MOSFET中。衬底电流在衬底电阻上所产生的电压Vbs=IsubRsub，对横向寄生双极晶体管的发射结为正偏压，使寄生晶体管处于放大区。当集电结耗尽区中的电场强度增大到满足双极晶体管的共发射极雪崩