mos管短溝道效應,圖文詳解-KIA MOS管

短溝道效應

當MOS晶體管的溝道長度小到可以和漏結及源結的耗盡層厚度相比擬時，會出現一些不同于長溝道MOS管特性的現象，統稱為短溝道效應，它們歸因于在溝道區出現二維的電勢分布以及高電場。

MOSFET的溝道長度小于3um時發生的短溝道效應較為明顯。短溝道效應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生的：

（1）由于電源電壓沒能按比例縮小而引起的電場增大；

（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。

MOSFET短溝道效應圖解

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，以NMOS為例，當加了Vgs電壓時，Vgs將在Gate表面的能帶向下拉（下面圖中的第三個圖例），使得電子更加容易穿過溝道，但由于此時Drain未加電壓，能帶位置沒有發生變化，所以此時沒有電流流過。

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

mos管短溝道效應

從能帶圖角度來看短溝效應：

理解了上面的MOSFET的能帶圖，我們看下圖，從圖中可以得出：

a. 對于短溝道（L很小）的MOS管，由于Source和Drain的距離太近，導致Channel的能帶被向下拉，因此導致了處于Cut-Off狀態下的器件leakage會增大（因為溝道的勢壘降低了，在常溫下熱激發的電子會有更多能夠越過溝道勢壘，從Source跑到Drain處）。這個效應對于亞閾值漏電流的影響很大！

b. 如果我們增大Vds的值，由于Source和Drain的距離太近，Drain的勢壘下降會導致Channel的勢壘下降，從而導致溝道電流Id對Vds的敏感性增大。這也是傳說中的漏誘生勢壘降低效應（DIBL）

c. 所以，如果我們想繼續通過減小溝道L值來增大開啟電流，原理：

mos管短溝道效應