小尺寸MOSFET：MOS管在小尺寸下的效應(yīng)分析-KIA MOS管

MOS管小尺寸下的效應(yīng)分析

MOS管在小尺寸下的效應(yīng)，主要是小尺寸下的高電場(chǎng)（包括垂直和水平電場(chǎng)）引起的問(wèn)題，包括遷移率退化，熱載流子以及 DIBL 等問(wèn)題。

關(guān)于垂直電場(chǎng)

隨著 MOSFET 的柵氧化層厚度的減小，垂直電場(chǎng)越來(lái)越強(qiáng)，會(huì)減小溝道中載流子的有效遷移率。

MOS管小尺寸效應(yīng)

具體的理解可以考慮：垂直電場(chǎng)使溝道中載流子靠近表面，表面的缺陷會(huì)阻礙載流子由源到漏的移動(dòng)，從而減小遷移率。

關(guān)于水平電場(chǎng)

在高水平電場(chǎng)作用時(shí)，載流子速度不再正比于電場(chǎng)強(qiáng)度，而是會(huì)發(fā)生速度飽和。這樣的處于飽和速度的載流子也稱為熱載流子。

MOS管小尺寸效應(yīng)

關(guān)于熱載流子：

熱載流子碰撞離化和雪崩過(guò)程產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，會(huì)導(dǎo)致漏到襯底的電流，如下圖中所示.

MOS管小尺寸效應(yīng)

這一電流會(huì)限制漏與地之間的最大阻抗，同時(shí)可能在襯底上引起壓降，導(dǎo)致 latch-up 問(wèn)題。

熱載流子的另一效應(yīng)是，這些電子可能獲得足夠的能量隧穿通過(guò)薄柵氧層，從而導(dǎo)致直流的柵電流，更重要的是，柵氧可能俘獲這些電荷，從而使得晶體管的閾值電壓發(fā)生改變。

此外，熱載流子在獲得足夠能量時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致晶體管的源漏穿通。

短溝器件的另一個(gè)問(wèn)題是，晶體管的輸出阻抗會(huì)減小，這是由于漏端的耗盡區(qū)的變化（影響有效溝長(zhǎng)）從而使漏電流增加；

另外 DIBL（Drain Induced Barrier Lowering）作用（當(dāng)溝道長(zhǎng)度減小、電壓Vds增加、使得漏結(jié)與源結(jié)的耗盡層靠近時(shí)，溝道中的電力線可以從漏區(qū)穿越到源區(qū)，并導(dǎo)致源極端勢(shì)壘高度降低，從而源區(qū)注入到溝道的電子數(shù)量增加，結(jié)果漏極電流增加。溝道長(zhǎng)度越短，DIBL效應(yīng)就越嚴(yán)重），會(huì)使得閾值在漏端電壓升高時(shí)減小，使得短溝器件的輸出阻抗進(jìn)一步減小。