CMOSIC小尺寸器件的二级效应

I D = K (VGS − VT ) 2 (1 + λVDS )
VA = 1
λ
4 迁移率退化和速度饱和
反型载流子受到3种散射 反型载流子的有效迁移率可用 下式计算
−1 µ eff
=
−1 µ PH
−1 + µ SR
−1 + µ coul
反型载流子迁移率与纵向电场关系
SPICE 中的迁移率修正模型
E y ≤ E sat E y > E sat
2
反型载流子饱和速度降低
体内电子的饱和漂移速度 vs~1X107cm/s 反型载流子的饱和漂移速度 vs~6X106cm/s
在不同反型载流子浓度条件下 测量的漂移速度
反型载流子饱和速度测量结果
测量方法和样品参数 用厚栅氧化层MOSFET测量ID (tox=1 m,Leff=10 m) 用薄栅氧化层MOSFET测量ID (tox=50nm,Leff=0.5 m) 用电阻栅MOSFET测量ID (Leff=10 m) 用电阻栅MOSFET测量ID Leff=1.5 m 飞行时间技术 vs (cm/s) 6.5 106
6.7
8.5
106
6
106
6
106
9.2
106
考虑速度饱和后的饱和区电流
I Dsat = WCox (VGS − VT − VDsat )vS
(VGS − VT ) LE sat = (VGS − VT ) + LE sat
VDsat
夹断饱和与速度饱和的差别
5 热电子效应
热电子产生机制 热电子效应的影响 沟道电场的简单模型 用LDD结构抑制热电子效应
LEVEL=2的模型参数
LEVEL=3的模型参数
LEVEL=4的模型参数
LEVEL=4的模型参数 续
几种模型模拟结果比较
Level=2
µ eff E0 = µ0 Eeff
c1
, Eeff = Cox (VGS − VT − 0.5VDS ) ε 0ε si
uexp
µ eff
ε 0ε siUCRIT = UO ( ) C V V UTRAV − − T DS ox GS
第五节 小尺寸器件的二级效应
1 短沟效应
低漏偏压时电荷分享引起的阈值电压下降
高漏偏压时的漏致势垒降低效应
低漏偏压时电荷分享模型
QBm x j 2 xdm ∆VT = − ⋅ 1+ − 1 Cox L xj
高漏偏压时电荷分享模型
QBm x j x x 2 2 sd dd 1 + ∆VT = − ⋅ − 1 + 1 + − 1 Cox 2 L xj xj x sd = 2ε 0ε si (Vbi − VBS ), qN A xdd = 2ε 0ε si (Vbi − VBS + VDS ) qN A
最小沟道长度的限制
Lmin ≅ 0.4 x j d ox (WS + WD ) Lmin
j ox
[ ≅ 0.4[x t
(xsd + xdd
] )]
2 13
= 0.4γ 1 3
2 13
抑制短沟效应措施
提高沟道区衬底掺杂浓度 减小源 漏区结深
减小栅氧化层厚度
非均匀沟道掺杂
凹陷沟道和极浅的源 漏延伸区
沟道热电子的产生和发射
横向能带图
纵向能带图
P = A exp(− xc / λ )
热电子效应引起阈值电压漂移
热电子效应引起的几种非正常电流
热电子效应引起的非正常电流
−ϕ i / kTe
I sub = C1 I D e
I g = C2 I D e
,
kTe
=
qλE m
ϕ b / λEm
qϕ b / kTe
= C2 I D e
− 1.3eV I n = C3 I D exp qλE m

Fra Baidu bibliotek
漏端电场的简化模型
漏端最大电场
漏端最大电场 理论模型 实验数据拟合
VD − VDsat Em ≈ l
ε si l = x t j ox ε ox
l≈
1/ 2
1/ 2 1/ 3 0.22 x j t ox
Level=3
µ eff µ eff
µ0 = 1 + αEeff µ0 = 1 + ϑ (VGS − VT )
迁移率随有效电场增强而减小
载流子漂移速度与横向电场的关系
漂移速度的分段模型
µ eff E y v= , Ey 1+ E sat v = v sat ,
v sat = µ eff E sat
热电子效应引起的Ig,Isub与电压的关系
热电子效应使器件击穿电压降低
用ＬＤ Ｄ 结构减小漏端电场
6 SPICE中的MOSFET模型参数
LEVEL=1 LEVEL=2 LEVEL=3 LEVEL=4(BSIM)
SPICE中的器件参数
LEVEL=1的模型参数
LEVEL=1的模型参数 续
薄氧化层的隧穿问题
栅氧化层厚度的优化设计
2 窄宽度效应
∆VT(NWE)
δπε 0ε si (2φ F − VBS ) = 4WCox
3 饱和区沟长调制效应
VGS >VT
VDS >VD sat
n+
Qc
L eff
∆L
n+
y= 0
y=L
∆L
L
= λVDS ,
Leff = L(1 − λVDS )
漏致势垒降低(DIBL)效应 (Drain Induced Barrier Lowering)
∆VT = VT (VDS ) − VT (VDS ≈ 0) = −σVDS σ= ε 0ε si (σ 0 + σ 1VSB ) πCox L
m
, m = 3, σ 1 = 0
阈值电压随漏电压的变化
阈值电压随沟道长度的变化