短沟道效应

cmos管的短沟道效应

cmos管的短沟道效应摘要：一、什么是CMOS 管的短沟道效应二、短沟道效应的影响因素三、短沟道效应的表现四、如何改善短沟道效应五、总结正文：一、什么是CMOS 管的短沟道效应CMOS 管的短沟道效应是指在CMOS 晶体管中，当沟道长度缩短到可以与源结和漏结的耗尽层厚度相比拟时，源结和漏结的耗尽区将对沟道内电势分布产生显著影响。

这种情况下，不能再用缓变沟道近似来处理，而需要采用二维分析。

短沟道效应会导致阈值电压随沟道长度的缩短而下降，亚阈值特性的降级以及由于穿通效应而使电流增大。

二、短沟道效应的影响因素短沟道效应的影响因素包括沟道长度、源结和漏结耗尽层厚度、掺杂浓度分布等。

当沟道长度缩短、源结和漏结耗尽层厚度增大时，短沟道效应会更加明显。

此外，掺杂浓度分布也会影响电势分布，进而影响短沟道效应。

三、短沟道效应的表现短沟道效应在CMOS 管中的表现主要包括亚阈值漏电增加、阈值电压下降、电流增大等。

这些表现会影响器件的性能，如影响开关速度、增大功耗等。

四、如何改善短沟道效应为了改善短沟道效应，可以采用以下方法：1.采用FinFET 结构：FinFET（Fin Field Effect Transistor）是一种具有三维结构的CMOS 晶体管，可以有效减小短沟道效应的影响。

2.自对准双栅极结构：自对准双栅极结构可以在保持沟道长度不变的情况下，通过改变栅极电势分布来减小短沟道效应。

3.调整掺杂浓度分布：通过调整掺杂浓度分布，可以优化电势分布，从而减小短沟道效应。

4.采用低K 介电材料：低K 介电材料具有较低的介电常数，可以降低电场强度，从而减小短沟道效应。

五、总结CMOS 管的短沟道效应是由于沟道长度缩短、源结和漏结耗尽层厚度增大等因素导致的。

短沟道效应会影响器件的性能，如亚阈值漏电增加、阈值电压下降等。

(完整word版)MOSFET地短沟道效应

MOSFET 的短沟道效应3第8章 MOSFET 的短沟道效应MOSFET 的沟道长度小于3um 时发生的短沟道效应较为明显。

短沟道效应是由以下五种因素引起的，这五种因素又是由于偏离了理想按比例缩小理论而产生的。

它们是：（1）由于电源电压没能按比例缩小而引起的电场增大；（2）内建电势既不能按比例缩小又不能忽略；（3）源漏结深不能也不容易按比例减小；（4）衬底掺杂浓度的增加引起载流子迁移率的降低; （5）亚阈值斜率不能按比例缩小。

（A ）亚阈值特性我们的目的是通过MOSFET 的亚阈值特性来推断阈值电压到底能缩小到最小极限值。

对于长沟道器件而言，亚阈值电流由下式给出2exp 1exp ......(8.1)GS T DS D n d t t t V V V W I C V L V V μξ⎛⎫⎛⎫--=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭也可以写成如下的形式20exp 1exp exp 1exp ......(8.2)GS T DS D n d t t t GS DS D t t V V V WI C V L V V V V I V V μξξ⎛⎫⎛⎫--=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫-=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭式中的dC 为单位面积耗尽区电容。

sddCxε===tkTVq=是热电压，1/d oxC Cξ=+，在DS V大于几个热电压时有2exp......(8.4)GS TD n d ttV VWI C VL Vμξ⎛⎫-≈ ⎪⎝⎭对上式两边取对数()2ln ln......(8.5)GS TD n d ttV VWI C VL Vμξ-⎛⎫=+⎪⎝⎭上式也可以写成2ln......(8.6)GS TDtn d tV VIW VC VLξμ⎛⎫⎪-=⎪⎪⎝⎭从式(8。

4）中可以看出,当0GS TV V-=时，即当栅－源电压等于亚阈值电压时有亚阈值电流：()20......(8.7)D GS T n d tWI V V C VLμ-==为了使GS TV V<时，器件可以关断，我们可以令(8.4）中的0GSV=，则有()20exp......(8.8)TD GS n d ttVWI V C VL Vμξ⎛⎫-== ⎪⎝⎭如果规定关断时（当0GSV=）的电流比在（当GS TV V=）的电流小5个数量级，式(8。

1 VGS VT
E y ， E y Ec 时
v vmax
v=
VK
Ey
vmax 常数， Ey Ec 时
0
EC
(3) 考虑速度饱和后的饱和漏极电流
短沟道MOSFET中，因沟道长度
L
很小，Ey

dV dy
很高，
使漏极附近有可能在沟道尚未被夹断之前， Ey 就达到了EC ，
载流子速度就达到了饱和值 vmax ，从而使 ID 饱和。已知 VD sat = VGS -VT 为使沟道夹断的饱和电压，也就是使
(2) VDS（横向电场 Ey ）对 μ 的影响 VDS 将产生水平方向的电场 Ey ，当 Ey 很大时，载流子速度将趋于饱和。作为一种最简单的近似方法，可以用二段直线来
描述载流子的 v ～Ey 关系：
μ=
o 1 VGS VT
常数， Ey Ec
时
VK
vmax Ey
，
Ey

Ec
时
o

I Dsat
特点： I D sat (VGS VT )2 ,
I D sat

1 L
对于短沟道
MOSFET，(EC L)2

V2 Dsat
,
I ' Dsat
Z L
n COX
( EC
L) 2
VEDCsLat

ZnCOX (VGS VT ) EC
特点： I Dsat (VGS VT ), I D sat与L无关。
③亚阈区转移特性斜率倒数 S dVGS 的值随 L 的缩短
d ln I Dsub
Q ( L ) = 0 的饱和电压。现设 V 'D sat 为使 v ( L ) = vmax 的饱和电压。经计算：

半导体基础 7.3 短沟道效应-MOSFET

线性区阈值电压耗尽层宽度
饱和区体效应系数饱和电流饱和电压
南京大大学
I ds
=
µeff Cox
W L
(Vg
− Vt
)Vds
半导体器件基础
Vt = Vfb + 2ψB +
4ε Si qN aψ B Cox
Wdm (y) =
2εSi[V (y) + 2ψB ] qNa
I ds
=
µeff Cox
W L
+
∂2ψ i ∂y 2
=− ρ εSi
∂Ex + ∂Ey = ρ = − qNa
∂x ∂y εSi
εSi
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半导体器件基础
♦横向电场的增加，
使受源漏电压控制的耗尽电荷密度增大，而受栅压控制的耗尽层宽度变大，但积分电荷密度减小，导致阈值电压的下降。
ε Si
∂Ex ∂x
= ρ −/Wd0m ≈ 1 + 3tox
Cox
Wdm
ΔVt = 8(m − 1) ψ bi (ψ bi + Vds )e−πL / 2mWdm
Wd0m =
4εSikT ln(Na / ni ) q2Na
为避免过量的短沟道效应，CMOS器件中衬底或阱里
的掺杂必须保证最小的沟道长度是Wdm的两到三倍，或大于源与漏端的耗尽层宽度之和。
半导体器件基础
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电子子科学与工工程学院半导体器件基础
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2
电荷共享模型（离化固定电荷）
半导体器件基础
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短沟道效应原理

短沟道效应原理一、短沟道效应概述短沟道效应原理是指在纳米尺度下，由于通道长度的缩短和侧向限制等因素的影响，电子在半导体材料中运动时出现的一系列非经典效应。

短沟道效应已经成为现代集成电路设计中不可忽视的因素之一，对于深入理解纳米电子器件行为和提高集成电路性能具有重要意义。

二、短沟道效应的机制2.1 溢态效应通道长度减小后，由于通道和掺杂区的靠近，电荷会从掺杂区溢出到沟道区域，导致沟道区的载流子浓度增加，进而改变晶体管的电流特性。

2.2 周缘场效应（Halo效应）周缘区域的导电类型与沟道区域相反，形成一个与之相对的掺杂区域，通过控制周缘效应可以改变沟道区域的电流特性和子阻。

2.3 短通道效应通道长度缩短到纳米尺度以下时，由于电子在高场区域的速度饱和效应，电子流速不再呈线性增加，而出现饱和现象，限制了电子流的增加。

2.4 平移电压效应短沟道效应导致沟道区域的载流子浓度增加，进而降低了控制电压的效果，需要增加平移电压来控制器件的开关特性。

三、短沟道效应的影响3.1 电子流速饱和纳米尺度下的短沟道效应导致电子在高场区域的速度饱和，无法继续线性增加。

这会带来晶体管的电流饱和现象，限制了器件的工作速度和性能提升。

3.2 短通道效应短沟道效应使得电子在通道中的传输受到限制，电子流速增长缓慢，导致传输延迟增加，并且容易产生电子隧穿效应，增加了漏电流和功耗。

3.3 阈值电压变化短沟道效应使得沟道区域的效应长度变短，进而降低了控制电压的效果，需要增加平移电压来维持器件的开关特性，增加了设计的复杂性。

3.4 热效应增加通道长度减小会导致器件内部温度快速升高，增加了热效应的影响，容易导致器件故障和性能损失。

四、短沟道效应的应对策略4.1 深井嵌入技术通过在掺杂区域深度刻蚀出突出的导电区域，并在上方形成掺杂梯度，可以有效减小通道长度对源漏极和控制极的影响，降低电流损失和漏电流。

4.2 高伪线性电流技术通过选择合适的材料和结构设计，可以在纳米器件中实现高伪线性电流特性，降低电子在高场区域的速度饱和效应，提高晶体管的线性范围和传输速度。

二维材料短沟道效应

二维材料短沟道效应是指在二维材料中，当电子在短沟道中运动时，会出现一些特殊的物理现象。

这些现象包括：
1. 量子霍尔效应：当电子在二维材料中的运动方向与磁场垂直时，会出现量子霍尔效应，即电子的能量被限制在一定的能级上，形成一系列的能带。

2. 量子反常霍尔效应：在一些特定的情况下，当电子在二维材料中的运动方向与磁场平行时，会出现量子反常霍尔效应，即电子的能量被限制在一定的能级上，但是这些能级的能量会随着磁场的变化而发生变化。

3. 能谷霍尔效应：在一些特定的情况下，当电子在二维材料中的运动方向与磁场垂直时，会出现能谷霍尔效应，即电子的能量被限制在一定的能谷中，形成一系列的能谷霍尔态。

这些现象在二维材料中具有重要的物理意义和应用价值，例如可以用来制造高效的电子器件和传感器。

短沟道效应

短沟道效应短沟道效应，又称为“短中断反应效应”或“短中断反应心理”，是指人们在进行连续且信息量较大的阅读或思考任务时，当遇到干扰或中断信息时，会导致注意力的偏移和认知能力的下降，从而影响任务完成的效率和质量。

短沟道效应的研究涉及到认知心理学、教育心理学和人机交互等领域，对于提高人们的学习效果和工作效率具有重要意义。

短沟道效应源于人类的认知特点和注意力机制。

在进行求解问题、阅读文章或听取演讲等任务时，人类的注意力往往呈现出高度集中的特点，专注于当前任务的信息处理。

然而，当任务进行过程中，突然出现干扰或中断信息（如噪音、电话铃声或通知提示等），人们的注意力会被迅速转移，导致对任务的处理流程中断，记忆力下降和思维的恢复时间延长。

这种突发的干扰噪音使得人们的注意力难以维持在一个任务上，从而降低了任务完成的效率和质量。

短沟道效应的研究发现，人们对于中断信息的反应时间具有明显的差异。

例如，对于简单任务而言，人们能够更快地恢复到任务状态，而对于复杂任务，人们需要更长的恢复时间以重新进入任务的思维流程。

此外，短沟道效应还与个体的工作记忆容量和认知资源有关。

工作记忆容量较大的个体在遭遇干扰信息后，能够更快地调整注意力，回归到任务中，而工作记忆容量较小的个体则需要更长的时间才能进行恢复。

短沟道效应在现实生活中的表现非常普遍。

以电子设备为例，移动电话、电脑和平板电脑的普及使用使得人们在工作和学习中频繁受到来自社交媒体通知、即时消息和电话等中断信息的干扰。

这些信息的突然出现不仅会打断人们的工作思路，影响工作效率和质量，还可能导致注意力分散、工作压力增加、疲劳加剧和焦虑情绪的产生。

因此，如何有效解决短沟道效应对人们学习和工作的负面影响，成为当代教育和科技工作者迫切需要解决的问题。

针对短沟道效应，科研学者提出了一系列的应对策略。

首先，个体应根据自身的认知特点和任务情境，合理安排任务和学习时间，减少干扰和中断信息的影响。

其次，可以通过提高个体的工作记忆容量和认知资源来增加其恢复能力，例如通过记忆训练和思维技巧的培养。

MOSFET的短沟道效应

M O S F E T的短沟道效应 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】MOSFET 的短沟道效应3 第8章 MOSFET 的短沟道效应MOSFET 的沟道长度小于3um 时发生的短沟道效应较为明显。

短沟道效应是由以下五种因素引起的，这五种因素又是由于偏离了理想按比例缩小理论而产生的。

它们是：（1）由于电源电压没能按比例缩小而引起的电场增大；（2）内建电势既不能按比例缩小又不能忽略；（3）源漏结深不能也不容易按比例减小；（4）衬底掺杂浓度的增加引起载流子迁移率的降低；（5）亚阈值斜率不能按比例缩小。

（A ）亚阈值特性我们的目的是通过MOSFET 的亚阈值特性来推断阈值电压到底能缩小到最小极限值。

对于长沟道器件而言，亚阈值电流由下式给出也可以写成如下的形式式中的dC 为单位面积耗尽区电容。

t kT V q=是热电压，1/dox CC ξ=+，在DS V 大于几个热电压时有对上式两边取对数上式也可以写成从式（）中可以看出，当0GST V V -=时，即当栅－源电压等于亚阈值电压时有亚阈值电流：为了使GSTVV <时，器件可以关断，我们可以令（）中的0GS V =，则有如果规定关断时（当0GSV=）的电流比在（当GS T V V =）的电流小5个数量级，式和式的两边相除则有得到亚阈值电压的最小值为如果1/10.76 1.76dox CC ξ=+=+=则亚阈值电压的最小值是5ln105 1.6726 2.3500T t V V mV mVξ==⨯⨯⨯=。

如果还想将阈值电压降低到400mV 左右，那么就要减小1/d ox C C ξ=+的值，使1/ 1.34d ox C C ξ=+=。

考虑到温度对阈值电压的影响，按比例缩小阈值电压将更加困难。

阈值电压的温度系数1/TdVmV KdT=-。

导致阈值电压在温度范围（0－85℃）内的变化是85mV 。

短沟道效应

短沟道效应英文名称：Short-channel effects解释一：短沟道效应主要是指阈值电压与沟道相关到非常严重的程度。

解释二：沟道长度减小到一定程度后出现的一系列二级物理效应统称为短沟道效应。

包括：（1）影响阈值电压的短沟、窄沟效应沟道长度减小到一定程度后,源、漏结的耗尽区在整个沟道中所占的比重增大,栅下面的硅表面形成反型层所需的电荷量减小,因而阈值电压减小。

同时衬底内耗尽区沿沟道宽度侧向展宽部分的电荷使阈值电压增加。

当沟道宽度减小到与耗尽层宽度同一量级时，阈值电压增加变得十分显著。

短沟道器件阈值电压对沟道长度的变化非常敏感。

（2）迁移率场相关效应及载流子速度饱和效应低场下迁移率是常数,载流子速度随电场线性增加。

高场下迁移率下降,载流子速度达到饱和,不再与电场有关。

速度饱和对器件的影响一个是使漏端饱和电流大大降低，另一个是使饱和电流与栅压的关系不再是长沟道器件中的近平方关系，而是线性关系。

（3）影响器件寿命的热载流子效应器件尺寸进入深亚微米沟长范围，器件内部的电场强度随器件尺寸的减小而增强,特别在漏结附近存在强电场，载流子在这一强电场中获得较高的能量，成为热载流子。

热载流子在两个方面影响器件性能:1)越过Si-SiO2势垒，注入到氧化层中，不断积累，改变阈值电压，影响器件寿命；2)在漏附近的耗尽区中与晶格碰撞产生电子空穴对，对NMOS管，碰撞产生的电子形成附加的漏电流，空穴则被衬底收集，形成衬底电流，使总电流成为饱和漏电流与衬底电流之和。

衬底电流越大，说明沟道中发生的碰撞次数越多，相应的热载流子效应越严重。

热载流子效应是限制器件最高工作电压的基本因素之一。

（4）亚阈特性退化，器件夹不断亚阈区泄漏电流使MOSFET器件关态特性变差，静态功耗变大。

在动态电路和存储单元中，它还可能导致逻辑状态发生混乱。

因而由短沟道引起的漏感应势垒降低(DIBL)效应成为决定短沟道MOS器件尺寸极限的一个基本物理效应。

mos管短沟道效应

mos管短沟道效应
MOS管短沟道效应是指在极化电压较低情况下，由于沟道长度较短，电荷聚积在沟道两端时会出现一系列非线性效应。

这些非线性效应主要包括：
1.沟道长度变化引起的电阻变化：沟道长度减小时，电阻增大，导致开关速度变慢。

2.阻挡膜厚度变化引起的电容变化：阻挡膜厚度减小时，电容增加，导致门电压对沟道电流的控制能力弱化。

3.荷载效应：沟道两端的电场强度变化会影响源漏电流的增大，导致电流波动。

4.噪声：由于沟道长度减小，噪声源减少，但接触噪声和1/f噪声变得更加显著。

这些效应都会影响MOS管的性能，尤其是高频性能。

因此，在设计和制造MOS管时需要充分考虑短沟道效应的影响，并采取相应的措施来减少它们的影响。

例如，采用低渗透率材料制造阻挡膜，采用特殊的布局设计和接缝技术，以及使用复杂的仿真和优化算法来减少电荷积累和非线性效应。

短沟道效应

4.7.1 小尺寸效应
1、阈电压的短沟道效应实验发现，当 MOSFET 的沟道长度 L 缩短到可与源、漏区的结深 xj 相比拟时，阈电压 VT 将随着 L 的缩短而减小，这就是阈电压的短沟道效应。
VT
MS
QOX COX
QA COX
2FB
原因：漏源区对 QA 的影响
1
QA qNA xd 4sqN A FB 2 代表沟道下耗尽区的电离
1
2 2
1
对于普通 MOSFET， ECL2
V2 Dsat
I Dsat
Z L
nCOX
EC L
2
1
1 2
VDsat EC L
2
1
Z 2L
C V2 n OX Dsat
I Dsat
特点： I Dsat VGS VT 2 ,
I Dsat
1 L
对于短沟道
MOSFET， ECL2
杂质电荷面密度。考虑漏源区的影响后，QA 应改为平均电荷面密度 QAG 。
L
xd
xj
L
P
QAG
qNA xd
1 L L Z
2
1 LZ
qNA xd
L L 2L
QA
L L 2L
1
QA
1
xj L
1
2
xd xj
2
1
VT
MS
QOX COX
QAG COX
2FB
1
QAG
1 1 1
0 电场
式中，电场
K VGS VT
电场0 电场 0
1
0 0
电场
1
0
K0Biblioteka (VGSVT )1

MOSFET地短沟道效应

MOSFET的短沟道效应3MOSFET的短沟道效应MOSFE的沟道长度小于3um时发生的短沟道效应较为明显。

短沟道效应是由以下五种因素引起的，这五种因素又是由于偏离了理想按比例缩小理论而产生的。

它们是：（1）由于电源电压没能按比例缩小而引起的电场增大；（2）内建电势既不能按比例缩小又不能忽略；（3）源漏结深不能也不容易按比例减小；（4）衬底掺杂浓度的增加引起载流子迁移率的降低；（5）亚阈值斜率不能按比例缩小。

（A）亚阈值特性我们的目的是通过MOSFET的亚阈值特性来推断阈值电压到底能缩小到最小极限值。

对于长沟道器件而言，亚阈值电流由下式给出I「VnC d V t2 'expTGexp昔i…（8.1）L \、丿I M 丿也可以写成如下的形式s-s C d = =X d 2；s2.qN a"浮是热电压，“Sox ，在V DS 大于几个热电压时有W .2 ''V>S -V T "I D 拓厂》n C d V t 2 exp v G S V vL ……(8.4)L I -v t 丿对上式两边取对数ln I D =ln W%C d V t 2V GS；V T ……(8.5)IL 丿 "上式也可以写成从式（8.4 ）中可以看出，当V GS -V T =O 时，即当栅—源电压等于亚阈值电压时有亚阈值电流：I D V GS -V T =0 晋％C d/……（8.7）为了使V GS "时，器件可以关断，我们可以令（8.4 ）中的V GS "，则有W . 2 ' -V T 1lD （V Gs=0）=^P n C d V t 2 exp^ ...…（8.8）如果规定关断时（当V GS "）的电流比在（当V GS =V T ）的电流小5个数量级，式(8.7)和式(8.8)的两边相除则有W 2I D = — Pn C d V t exp L<Y1 - exp丿IY1 -exp-V DS肓丿(8.2)V GS -V T;-v t丿-V DS 'V t 」exp~V式中的C d 为单位面积耗尽区电容。

器件的短沟道效应

器件的短沟道效应短沟道效应是指当器件的沟道长度减小到一定程度时，沟道长度对器件性能的影响变得显著。

随着集成电路技术的不断发展，器件的沟道长度逐渐减小，短沟道效应成为了制约器件性能提升的重要因素之一。

短沟道效应主要表现在以下几个方面：1. 亚微米效应：随着沟道长度的减小，沟道中的电子在垂直方向上的运动受到限制，出现了垂直电场的增强效应。

这种效应会导致电子在沟道中的速度增加，从而使器件的电流增大，进而引起功耗的增加。

2. 漏电电流增加：短沟道效应会导致沟道表面的漏电电流增加。

这是因为当沟道长度减小到一定程度时，沟道表面的电场会导致沟道表面氧化层的缺陷增加，从而形成漏电电流通路。

漏电电流的增加会导致器件的静态功耗增加，降低器件的开关速度和可靠性。

3. 瞬态噪声增加：短沟道效应还会导致器件的瞬态噪声增加。

这是因为当沟道长度减小到一定程度时，沟道中的电子在水平方向上的速度增加，从而引起了瞬态噪声的增加。

瞬态噪声会对器件的动态性能造成影响，降低器件的工作速度和可靠性。

为了克服短沟道效应对器件性能的影响，人们提出了许多解决方案。

其中一种常用的解决方案是引入新的材料，如高介电常数材料和高移动性材料，以降低沟道电阻和增强电子迁移率。

另一种解决方案是改变器件结构，如引入FinFET和多栅极结构，以增加沟道控制能力和减小漏电电流。

此外，还可以通过优化工艺参数，如掺杂剂浓度和沉积温度，来抑制短沟道效应的发生。

短沟道效应是当器件的沟道长度减小到一定程度时，沟道长度对器件性能的影响变得显著的现象。

短沟道效应会导致电流增大、漏电电流增加和瞬态噪声增加，从而降低器件的性能和可靠性。

为了克服短沟道效应的影响，人们通过引入新材料、改变器件结构和优化工艺参数等方式来提高器件的性能。

随着技术的不断进步，相信人们会找到更多有效的方法来应对短沟道效应，进一步推动集成电路技术的发展。

半导体器件物理8章MOS器件短沟道效应

第8章 MOSFET 的短沟道效应MOSFET 的沟道长度小于3um 时发生的短沟道效应较为明显。

短沟道效应是由以下五种因素引起的，这五种因素又是由于偏离了理想按比例缩小理论而产生的。

它们是：（1）由于电源电压没能按比例缩小而引起的电场增大；（2）内建电势既不能按比例缩小又不能忽略；（3）源漏结深不能也不容易按比例减小；（4）衬底掺杂浓度的增加引起载流子迁移率的降低；（5）亚阈值斜率不能按比例缩小。

（A ）亚阈值特性我们的目的是通过MOSFET 的亚阈值特性来推断阈值电压到底能缩小到最小极限值。

对于长沟道器件而言，亚阈值电流由下式给出2exp 1exp ......(8.1)GS T DS D n d t t t V V V W I C V L V V μξ⎛⎫⎛⎫--=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭也可以写成如下的形式20exp 1exp exp 1exp ......(8.2)GS T DS D n d t t t GS DS D t t V V V WI C V L V V V V I V V μξξ⎛⎫⎛⎫--=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫-=- ⎪⎪⎝⎭⎝⎭式中的dC为单位面积耗尽区电容。

sddCxε===tkTVq=是热电压，1/d oxC Cξ=+，在DS V大于几个热电压时有2exp......(8.4)GS TD n d ttV VWI C VL Vμξ⎛⎫-≈ ⎪⎝⎭对上式两边取对数()2ln ln......(8.5)GS TD n d ttV VWI C VL Vμξ-⎛⎫=+⎪⎝⎭上式也可以写成2ln......(8.6)GS TDtn d tV VIW VC VLξμ⎛⎫⎪-=⎪⎪⎝⎭从式（8.4）中可以看出，当0GS TV V-=时，即当栅－源电压等于亚阈值电压时有亚阈值电流：()20......(8.7)D GS T n d tWI V V C VLμ-==为了使GS TV V<时，器件可以关断，我们可以令（8.4）中的0GSV=，则有()20exp......(8.8)TD GS n d ttVWI V C VL Vμξ⎛⎫-== ⎪⎝⎭如果规定关断时（当0GSV=）的电流比在（当GS TV V=）的电流小5个数量级，式(8.7)和式(8.8)的两边相除则有()()5exp10......(8.9)D GS T TD GS tI V V VI V Vξ-====得到亚阈值电压的最小值为5ln10......(8.10)T t V V ξ=如果1/10.76 1.76dox CC ξ=+=+=则亚阈值电压的最小值是5ln105 1.6726 2.3500T t V V mV mV ξ==⨯⨯⨯=。

11-MOS-4-短沟道效应

The methods of avoiding latch-up: a) Reducing the current gains parasitic BJT b) A deeper well structure c) Using a heavily doped substrate d) With the trench isolation scheme
栅氧化层厚度
为降低SCE效应，栅氧化层要尽可能薄，但需要考虑可靠性。最大电场取 Fowler-Nordheim (F-N)隧穿开启电场的 80%。即 5 MV/cm的 80%，为 4 MV/cm 例如：
工作电压2.5V 最大电场4 MV/cm 所以氧化层厚度
Xox = 2.5 V/4MV/cm = 65Å
x j − 1 L
For 5 µ, effect is negligible. But at 0.5 µ, VT0 reduced to 0.43 from 0.76 volts (∆VT0=0.33V)
0.8
Threshold Voltage (V)
0.7 0.6 0.5 0.4 0 1 2 3 4 5 6
CS ε s tox 1 QS =1+ =1+ =1+ COX 2VS 2COX 2ε ox xd max
N由tox、xd max决定，在长沟道MOS器件中，N是常数。
Al 栅 N 沟 MOS N x t ox V V
DS BS j A
，
− 3
= 10
15
cm
= 1 .5 µ m = 80 nm = 0 . 1V = 0V
(
)
(δVT
δVD )是漏致势垒降低效应（DIBL)

微电子器件B482015短沟道效应

V2 Dsat
,
I D sat
Z L
n
COX
(
EC
L)
2
VEDCsLat
ZnCOX (VGS VT )EC
特点： I Dsat (VGS VT ), ID sat与 L 无关。
5、速度饱和对跨导的影响
普通 MOSFET 在饱和区的跨导为
g ms
d IDsat d VGS
Z L
nCOX (VGS
特点：饱和漏源电压正比于 L ，将随 L 的缩短而减小。
4、速度饱和对饱和漏极电流的影响
设 IDsat 为使 v (L) = vmax 的漏极饱和电流，经计算，
I Dsat
Z L
nCOX (EC L)2
1
VDsat EC L
1
2
2
1
I Dsat
Z L
n
COX
(
EC
L)2
1
4.8 短沟道效应
当 MOSFET 的沟道长度 L↓时，
分立器件： ID , gm , Ron , gm , Kpmax , fM
集成电路： tpd , 功耗，集成度但是随着 L 的缩短，将有一系列在普通 MOSFET 中不明显的现象在短沟道 MOSFET 中变得严重起来，这一系列的现象统称为 “ 短沟道效应 ” 。
dV dy
很高，
使漏极附近的沟道尚未被夹断之前，Ey 就达到了临界电场 EC ，
载流子速度 v (L) 就达到了饱和值 vmax ，从而使 ID 饱和。
已知 VDsat = VGS – VT 为使沟道夹断的饱和漏源电压，也就是使 Qn (L) = 0 的饱和漏源电压。
现设 VDsat 为使 v (L) = vmax 的饱和漏源电压。经计算，

分析引起短沟道效应的原因,给出抑制小尺寸MOS器件短沟道效应的措施

器件尺寸进入深亚微米沟长范围，器件内部的电场强度随器件尺寸的减小而增强,特别在漏结附近存在强电场，载流子在这一强电场中获得较高的能量，成为热载流子。热载流子在两个方面影响器件性能:1)越过Si-SiO2势垒，注入到氧化层中，不断积累，改变阈值电压，影响器件寿命；2)在漏附近的耗尽区中与晶格碰撞产生电子空穴对，对NMOS管，碰撞产生的电子形成附加的漏电流，空穴则被衬底收集，形成衬底电流，使总电流成为饱和漏电流与衬底电流之和。衬底电流越大，说明沟道中发生的碰撞次数越多，相应的热载流子效应越严重。热载流子效应是限制器件最高工作电压的基本因素之一。
沟道长度减小到一定程度后,源、漏结的耗尽区在整个沟道中所占的比重增大,栅下面的硅表面形成反型层所需的电荷量减小,因而阈值电压减小。同时衬底内耗尽区沿沟道宽度侧向展宽部分的电荷使阈值电压增加。当沟道宽度减小到与耗尽层宽度同一量级时，阈值电压增加变得十分显著。短沟道器件阈值电压对沟道长度的变化非常敏感。
分析引起短沟道效应的原因，给出抑制小尺寸MOS器件短沟道效应的措施
当MOS管沟道缩短到一定程度，就会出现短沟道效应，其主要表现在MOS管沟道中的载流子出现速度饱和现象。在MOS管沟道较长、电场较小的情况下，载流子的速度正比于电场，即载流子的迁移率是个常数。然而在沟道电场强度很高情况下，载流子的速度将由于散射效应而趋于饱和。载流子速度与电场的关系可用以下关系式来近似：其中是迁移率，E是沟道水平方向的电场，Ec是速度饱和发生时的临界电场。沟道水平方向的电场取决于 Uds/L。对于短沟道MOS管，由于沟道长度L 比
（4）亚阈特性退化，器件夹不断
亚阈区泄漏电流使MOSFET器件关态特性变差，静态功耗变大。在动态电路和存储单元中，它还可能导致逻辑状态发生混乱。因而由短沟道引起的漏感应势垒降低(DIBL)效应成为决定短沟道MOS器件尺寸极限的一个基本物理效应。