mos管短溝道效應(yīng),圖文詳解-KIA MOS管

短溝道效應(yīng)

當(dāng)MOS晶體管的溝道長(zhǎng)度小到可以和漏結(jié)及源結(jié)的耗盡層厚度相比擬時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些不同于長(zhǎng)溝道MOS管特性的現(xiàn)象，統(tǒng)稱為短溝道效應(yīng)，它們歸因于在溝道區(qū)出現(xiàn)二維的電勢(shì)分布以及高電場(chǎng)。

MOSFET的溝道長(zhǎng)度小于3um時(shí)發(fā)生的短溝道效應(yīng)較為明顯。短溝道效應(yīng)是由以下五種因素引起的，這五種因素又是由于偏離了理想按比例縮小理論而產(chǎn)生的：

（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(nèi)建電勢(shì)既不能按比例縮小又不能忽略；

（3）源漏結(jié)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。

MOSFET短溝道效應(yīng)圖解

MOSFET3D能帶圖：

如下圖所示，我們可以直觀看到能帶在MOSFET中的表現(xiàn)，以NMOS為例，當(dāng)加了Vgs電壓時(shí)，Vgs將在Gate表面的能帶向下拉（下面圖中的第三個(gè)圖例），使得電子更加容易穿過(guò)溝道，但由于此時(shí)Drain未加電壓，能帶位置沒(méi)有發(fā)生變化，所以此時(shí)沒(méi)有電流流過(guò)。

當(dāng)Drain加電壓之后（下面圖中的第四個(gè)圖例），Drain處的能帶被向下拉，從而從Source -> Channel -> Drain 形成了一個(gè)能級(jí)差，導(dǎo)致電子可以沿著這條路徑流動(dòng)。

mos管短溝道效應(yīng)

從能帶圖角度來(lái)看短溝效應(yīng)：

理解了上面的MOSFET的能帶圖，我們看下圖，從圖中可以得出：

a. 對(duì)于短溝道（L很小）的MOS管，由于Source和Drain的距離太近，導(dǎo)致Channel的能帶被向下拉，因此導(dǎo)致了處于Cut-Off狀態(tài)下的器件leakage會(huì)增大（因?yàn)闇系赖膭?shì)壘降低了，在常溫下熱激發(fā)的電子會(huì)有更多能夠越過(guò)溝道勢(shì)壘，從Source跑到Drain處）。這個(gè)效應(yīng)對(duì)于亞閾值漏電流的影響很大！

b. 如果我們?cè)龃骎ds的值，由于Source和Drain的距離太近，Drain的勢(shì)壘下降會(huì)導(dǎo)致Channel的勢(shì)壘下降，從而導(dǎo)致溝道電流Id對(duì)Vds的敏感性增大。這也是傳說(shuō)中的漏誘生勢(shì)壘降低效應(yīng) （DIBL）

c. 所以，如果我們想繼續(xù)通過(guò)減小溝道L值來(lái)增大開(kāi)啟電流，原理：

mos管短溝道效應(yīng)