mos管短沟道效应,图文详解-KIA MOS管

短沟道效应

当MOS晶体管的沟道长度小到可以和漏结及源结的耗尽层厚度相比拟时，会出现一些不同于长沟道MOS管特性的现象，统称为短沟道效应，它们归因于在沟道区出现二维的电势分布以及高电场。

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：

（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。

MOSFET短沟道效应图解

MOSFET3D能带图：

如下图所示，我们可以直观看到能带在MOSFET中的表现，以NMOS为例，当加了Vgs电压时，Vgs将在Gate表面的能带向下拉（下面图中的第三个图例），使得电子更加容易穿过沟道，但由于此时Drain未加电压，能带位置没有发生变化，所以此时没有电流流过。

当Drain加电压之后（下面图中的第四个图例），Drain处的能带被向下拉，从而从Source -> Channel -> Drain 形成了一个能级差，导致电子可以沿着这条路径流动。

mos管短沟道效应

从能带图角度来看短沟效应：

理解了上面的MOSFET的能带图，我们看下图，从图中可以得出：

a. 对于短沟道（L很小）的MOS管，由于Source和Drain的距离太近，导致Channel的能带被向下拉，因此导致了处于Cut-Off状态下的器件leakage会增大（因为沟道的势垒降低了，在常温下热激发的电子会有更多能够越过沟道势垒，从Source跑到Drain处）。这个效应对于亚阈值漏电流的影响很大！

b. 如果我们增大Vds的值，由于Source和Drain的距离太近，Drain的势垒下降会导致Channel的势垒下降，从而导致沟道电流Id对Vds的敏感性增大。这也是传说中的漏诱生势垒降低效应（DIBL）

c. 所以，如果我们想继续通过减小沟道L值来增大开启电流，原理：

mos管短沟道效应