MOS场效应晶体管漏区电场对沟道区的静电反馈

已经证明，对于采用低电阻率衬底制成的MOS场效应晶体管，促使其漏极饱和电阻随漏-源间距的减小而缩小的主要机理是沟道漏端附近耗尽区扩展对导电沟道有效长度的调制作用³。然而对于用中等高电阻率衬底制成的器件，起决定作用的则是另外一种机理。这一机理加上沟道长度受到调制的效应可以使漏极饱和电阻进一步下降^3，4。为此缘故，制作于轻掺杂衬底而且沟道长度很短的MOS场效应晶体管与制作于重掺杂衬底而其它参数相同的器件相比，其漏极饱和电阻通常要低得多。

这第二个机理的物理原理可以参考图4.9，此图表示用中等高电阻率p型硅衬底制作的n沟道MOS场效应晶体管的横截面。此器件工作在夹断点以上的饱和漏极电流区。正如图中所示，假如电阻率足够高，在漏-衬结和沟-衬结处耗尽区宽度可与漏-源间距相比。

在此条件下，漏极和沟道区之间会出现相当大的电容耦合作用。如图4.9所示，发自漏区的电力线可以穿越深耗尽区而终止于沟道。当漏区电压增加时，在这个区域内的电场强度也增大，以致在n-型反型层内的电子数必将增加以完全终止增强的电场。因此，漏极实际上起着控制漏-源电导的“第二栅极”的作用。另一方面，低电阻率衬底则起静电屏蔽作用，因为耗尽区宽度极窄，对漏-衬耦合电场产生有效的退耦作用。结果，对于低电阻率衬底而沟道长度相似时，漏极饱和电阻的观察值要高得多。

当漏电场对沟道区的静电反馈是导致漏-源电流不完全饱和的主要机理时，可以观测到器件漏-源间距的减小使漏极饱和电阻继续下降。这是因为随着L值的减小，导电沟道区中受漏极电场影响的部分将会增大。

霍夫斯泰因（Hofstein）和海曼（Heiman）首次半定量地讨论了MOS场效应晶体管漏电场对沟道的静电反馈及其对饱和漏电流特性的影响。⁴按照他们的分析，为了对这一机理进行研究，可以考察漏电极通过其下的耗尽区与沟道耦合而起到第二栅极的作用。假如n沟道MOS场效应晶体管漏电极上外加电压增量等于ΔVD，由于耦合电场的作用，在沟道导电部分单位面积平均电荷密度相应的变化对于远大于阈电压的栅压可以表示成

Cdct表示漏区和电导沟遵之间总的有效耦合电容。对于超出夹断点的漏电压，沟道导电部分内的电压降近似等于VG-VT。在ΔL《 L的条件下，沟道内y方向的平均电场强度近似等于

电子在沟道导电部分内的平均漂移速度等于

因此，当漏电压增加ΔVD时，由于静电反馈引起总漏电流的相应变化可以写成

整理（4.56），得到由静电反馈机理所确定的饱和漏电流区电导的如下表达式：

在正常工作条件下，Cdct是随漏电压缓慢变化的函数⁴。因此，对于足够高的衬底电阻率，使漏电场对沟道的静电反馈效应远大于通过扩展漏极耗尽区来调整有效沟道长度的影响时，可以观察到与（VG-VT）成正比。这种情况可以从图4.10的实验数据看到，这些数据是用中等电阻率（21欧姆-厘米n型）硅衬底制作的p沟道MOS场效应晶体管导出的。