MOS场效应管的短沟道效应特性及分析

以上给出了MOS场效应管的一级近似模拟，并在近似条件下推导出一些重要的关系式，这些无疑对分析和设计MOS电路是非常重要的。但随着MOS集成电路的集成度和速度的提高，器件尺寸越做越小，沟道长度越来越短，由此产生短沟道效应，使阈值电压下降，这就需要对阈值电压关系式进行修正。此外，例如温度变化，使MOS器件性能发生变化等。为了提高设计的精确性，本节将介绍些MOS器件的二级效应，并给出相应的修正公式。

（一）MOS管短沟道效应

第三节讨论了沟道长度调变效应，其沟道长度调制参数λ为（见（1.3-13）、（1.3-11）式）

上式表明，沟道长度L越短，λ值越大。根据典型实验数据，当L大于25微米时，1约为0.01/伏，当沟道长度L小于25微米时，λ可用下式表示：

式中L以微米为单位。

沟道长度缩短后，不仅使输出阻抗降低，也使阈值电压下降，体效应减弱。沟道长度缩短后，对阈值电压有贡献的耗尽区电荷总量Qb将减小，因为终止于耗尽层电荷的电力线，部分来自栅极电压，部分来自漏源电压，当沟道长度较长时，可忽略漏源电压电力线的影响，认为耗尽层电荷Qb只对阈值电压有影响；MOS管短沟道效应。而沟道长度缩短后不能忽略漏源端电压对耗尽层电荷的影响，造成阈值电压有贡献的耗尽区电荷总量Qb减小，使阈值电压降低。

当沟道长度小于5微米时，可用图1.4-1所示的二维梯形模型来分析这时的阈值电压。图中为n⁺扩散区的结深，L为沟道长度，为耗尽层厚度。

若假设器件的漏源电压非常小，从源极到漏极之间的耗尽层宽度是均匀的，其宽度为，然而在考虑了源区和漏区的耗尽层宽度后，栅区下面的耗尽层电荷Qˊb为：

而 

由图1.4-1中的几何关系可得：

由上式我们可以得到：

考虑了耗尽层电荷修正后，并参照（1.2-15）和（1.2-18），体效应因子（衬底偏效）γ可作如下修正：

因：

由上式可得：

即得修正后的体效应因子γˊ为

由上面讨论可知，沟道长度L小于5微米时，体效应因子γ减小，其L与VT的典型值关系如图1.4-2所示。该图引自参考文【2】

沟道长度L缩短到5微米以下时，不仅要考虑沟道长度调制效应，而且还要考虑由于横向扩散使沟道长度缩短。这时，有效沟道长度可表示为：

（i）线性区（1.4-6）

（i）饱和区（1.4-7）

式中为扩散深度，a为横向扩散修正系数。

另一方面，我们在指导线性区漏源电流ID表示式时，假定沟道下面的耗尽层电荷Qb是常数。实际上Qb是沟道电压的函数，是一个变量。考虑到（1.4-6）式和Qb是一变量，以及短沟道效应ID关系式修正为（推导可参看资料[11]pp.94~95）

（1.4-8）式的VD、VG、VS，VB都是对参考点的电压，a为短沟道效应的修正系数，通常取0.9，进入饱和区时，漏极电压表示为（见参考文献[12]）

饱和区的漏源电流ID只要将（1.4-8）式中的VD用（1.4-9）式取代即可。

此外，MOS管短沟道效应。。短沟道使漏源击穿电压降低，长沟道MOS场效应管的漏源击穿电压主要是p-n结的雪崩击穿，而短沟道MOS场效应管的漏源击穿电压由穿通电压引起，穿通电压的大小与沟道长度有关，沟道长度越短穿通电压越低。

相关资讯

MOS狭沟道效应

MOS亚阈值效应

MOS温度效应

短沟道MOS场效应管模型

联系方式：邹先生

联系电话：0755-83888366-8022

手机：18123972950

QQ：2880195519

联系地址：深圳市福田区车公庙天安数码城天吉大厦CD座5C1

请搜微信公众号:“KIA半导体”或扫一扫下图“关注”官方微信公众号

请“关注”官方微信公众号:提供  MOS管  技术帮助