MOS管漏源电压的影响及其阈值电压分析

上面的一些结果是在VDS小到可以忽略的条件下导出来的。当VSB固定时，如果VDS（因而也是VDB）增加，则漏区周围的耗尽区将变宽。按照前面的论点可知，这又将使值减少，小于迄今所求得的值，从而使T进一步减小。这样，对于短沟道器件来说，T成了VDS的降函数！有效电荷仍可用类似于图5.9a的方法进行计算，只是此刻图中的梯形畸变了。最终所得的表达式将在题5.15中考虑。若r较大，并经某些简化，则可得

式中ιS和ιD分别为源和漏周围耗尽区的宽度，a1仍是一个经验常数，通常等于1。注意，当VDS=0（ιD=ιS=ι），上式便简化为式（5.4.8）。根据式（5.4.5a），并注意在考虑漏区周围的耗尽区时，用VDB替VSB，可得

可把VDB写为VDB=VSB+VDS。对于较小的VDS值，上式中的第二个根号可在VDS=0附近展开成泰勒级数，并只取前两项来近似，结果为

根据展开式可得式中的a₂=0.25。然而，为了扩大该式的适用范围，将允许对a₂按经验加以调整。现在利用式（5.4.13），（5.4.11）和（5.4.2b）可得

因而

虽然式（5.4.14）是利用电荷共享思想推导出来的，但该式所预计的VT随VDS的变化情况与利用本节开头讨论过的势垒下降概念所考虑的VT随VDS的变化情况相比，在方向上是相同的。（可用漏区感应势垒下降这个名称来描述漏区对势垒的这种影响）。虽然上述几个表达式是在假设VDS值较小的基础上导得的，但在实际工作中常常发现只要选择一个合适的吗值，它们的形式对于较大范围的Vns值也正好适用。L值不同，a值也将不同；事实上，对于某些器件已发现a₂大体上正比于1/L。为了解释这种特性，我们应考虑用更复杂的图形来描绘器件，其中从漏区出发的场强线不仅对靠近漏区的沟道电荷有影响，而且对整个沟道长度上的电荷都有影响。在这种情况下，需要采用二维数值模拟才能获得定量的结果。

这里值得注意的是，漏-源电压甚至在大于夹断值时对沟道耗尽区电荷的影响[结果如式（5.4.15）]还继续存在。因此，即使忽略沟道长度调制，饱和区中的ID也将是不饱和的。它将随VDS的增加而继续增大，因为此时T将按式（5.4.15）继续减少。这一现象将在5.5节中进一步讨论。还要注意，如果器件的，因上述效应而降到足够低的话，则依靠把VGS降低到比VT，足够低而已经截止的一个器件可能恰好因VDS的增加又变为导通了。这种现象如果不加以适当考虑，则在一些数字应用中将会造成严重后果。

中反型和强反型的开始点VM和VH都很靠近VT值，且对L，VSB和VDS的依赖关系都与VT定性相似。作为一阶近似，短沟道效应可以看成为ID-VGS特性曲线有一向VGS减小方向的位移（即同-ID时的VGS减小了），位移值近似等于∆VT。因此，∆VT可以通过测量被称为恒定电流阀值电压的位移来估算，该阀值电压定义为ID/（W/L）达到某一固定的约定值时所需的VGS值。在弱反型区内取一个ID/（W/L）值，并在各种不同L，VSB和VDS值条件下，所测得的恒定电流阈值电压示于图5.11。这些结果所表示的特性与以前对外推阈值电压所预计的特性定性相同。注意，虽然我们不应混滑这两个阈值电压，但是却可期望它们具有相同的数值。把“阈值电压”这一名称不加区分地用于各种不同的量而引起的混淆，已在4.13节中讨论过了。

现在让我们来简单地观察一下弱反型区的电流。假定式（4.6.17）成立，如果由于短沟道效应，Vx位移了∆Vx，则可知

假定∆Vx=∆VT，并用式（5.4.15）表示∆VT，显然在短沟道器件中，不论VDS为何值，ID将始终与VDS有关，换言之，即观察不到ID稳定不变的现象。这一点可用实验结果来证明。这样，采用式（5.4.16）就可以把4.6节中的长沟道弱反型理论“推广”到短沟道情况了。然而，假若沟道变得很短，则甚至式（5.4.16）最终也将不适用了。在这种情况下，logID的斜率变得很小，此时即使VGS显著减小，也不能使器件充分截止。这一特性可用二维模拟来预测（也可参看5.6节中有管“穿通”效应的讨论）实验结果关“穿通”效应的讨论）。实验结果如示于图5.12a。我们预期，增加NA应有可能消除因沟道很短而引起的不良特性，因为增加NA，如式（5.4.5）所预计的那样，可使源、漏耗尽区的宽度减小。

把NA增至10倍，确实得到如图5.12b所示的结果，这里还值得指出，对于长沟道器件（7μm）曲线，电流与VDS无关，这正和按长沟道理论对弱反型在VDS>3Фt时所预期的结果一样。然而，对于沟道长度较短的器件的曲线，电流对VDS的依赖性是很明显的，这和式（5.4.14）或（5.4.15）所预期的一样。

通过相当复杂的计算，建立一种能连续地描述所有工作区内漏端电流的短沟道模型也是有可能的。

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