Снижение дренажного барьера

По мере уменьшения длины канала барьер φ _B, который должен преодолеть электрон от источника на пути к стоку, уменьшается.

Слив-индуцированного барьера опускания ( DIBL ) представляет собой эффект короткого канала в МОП - транзисторов , относящихся изначально к уменьшению порогового напряжения на транзисторе при более высоких напряжениях сливных. В классическом планарном полевом транзисторе с длинным каналом узкое место в формировании канала возникает достаточно далеко от контакта стока, так что он электростатически экранирован от стока за счет комбинации подложки и затвора, и поэтому классически пороговое напряжениене зависел от напряжения стока. В устройствах с коротким каналом это уже не так: сток расположен достаточно близко, чтобы перекрыть канал, поэтому высокое напряжение стока может открыть узкое место и преждевременно включить транзистор.

Причину снижения порога можно понять как следствие зарядовой нейтральности: модель разделения заряда Яу.^[1] Совокупный заряд в области истощения устройства и в канале устройства уравновешивается тремя зарядами электрода: затвором, истоком и стоком. Поскольку напряжение стока возрастает, обедненной области на р - п - переходамежду сливом и корпусом увеличивается в размере и проходит под затвором, поэтому слив принимает на себя большую часть нагрузки по уравновешиванию заряда области истощения, оставляя меньшую нагрузку на затвор. В результате заряд, присутствующий на затворе, сохраняет баланс заряда за счет привлечения большего количества носителей в канал, что эквивалентно снижению порогового напряжения устройства.

Фактически канал становится более привлекательным для электронов. Другими словами, потенциальный энергетический барьер для электронов в канале понижается. Поэтому для описания этих явлений используется термин «снижение барьера». К сожалению, нелегко получить точные аналитические результаты, используя концепцию снижения барьеров.

Снижение барьера увеличивается по мере уменьшения длины канала, даже при нулевом приложенном смещении стока, потому что исток и сток образуют pn-переходы с телом и, таким образом, имеют связанные с ними встроенные обедняющие слои, которые становятся важными партнерами в балансе заряда в коротком канале. длины, даже без применения обратного смещения для увеличения ширины истощения .

Термин DIBL расширил рамки понятия простого порога регулировки, однако, и относится к ряду эффектов сливного напряжения при МОП - транзистор IV кривых , которые выходят за рамки описания в терминах простых изменений порогового напряжения, как описано ниже.

По мере уменьшения длины канала эффекты DIBL в подпороговой области (слабая инверсия) сначала проявляются как простое преобразование кривой подпорогового тока в зависимости от смещения затвора с изменением напряжения стока, что можно смоделировать как простое изменение пороговое напряжение при смещении стока. Однако на более коротких длинах наклон кривой зависимости тока от смещения затвора уменьшается, то есть требуется большее изменение смещения затвора, чтобы вызвать такое же изменение тока стока. При очень малой длине ворота полностью не отключают устройство. Эти эффекты нельзя моделировать как корректировку порога. ^[2]

DIBL также влияет на кривую смещения тока в зависимости от стока в активном режиме , вызывая увеличение тока с увеличением смещения стока, снижая выходное сопротивление MOSFET. Это увеличение является дополнительным к влиянию модуляции нормальной длины канала на выходное сопротивление и не всегда может быть смоделировано как регулировка порога.

На практике DIBL можно рассчитать следующим образом:

{\ displaystyle \ mathrm {DIBL} = - {\ frac {V_ {Th} ^ {DD} -V_ {Th} ^ {\ mathrm {low}}} {V_ {DD} -V_ {D} ^ {\ mathrm {низкий} }}},}

где или Vtsat - это пороговое напряжение, измеренное при напряжении питания (высокое напряжение стока), или Vtlin - пороговое напряжение, измеренное при очень низком напряжении стока, обычно 0,05 В или 0,1 В. - это напряжение питания (высокое напряжение стока ) и - низкое напряжение стока (для линейной части ВАХ прибора). Минус в начале формулы обеспечивает положительное значение DIBL. Это связано с тем, что пороговое напряжение высокого стока всегда меньше порогового напряжения низкого стока . Типичными единицами измерения DIBL являются мВ / В. ${\ displaystyle V_ {Th} ^ {DD}}$ ${\ displaystyle V_ {Th} ^ {\ mathrm {low}}}$ ${\ displaystyle V_ {DD}}$ ${\ displaystyle V_ {D} ^ {\ mathrm {low}}}$ ${\ displaystyle V_ {Th} ^ {DD}}$ ${\ displaystyle V_ {Th} ^ {\ mathrm {low}}}$

DIBL также может снизить рабочую частоту устройства, что описывается следующим уравнением:

{\ displaystyle {\ frac {\ Delta f} {f}} = - {\ frac {2 \ mathrm {DIBL}} {V_ {DD} -V_ {Th}}},}

где - напряжение питания, - пороговое напряжение. ${\ displaystyle V_ {DD}}$ ${\ displaystyle V_ {Th}}$

Ссылки [ править ]

^ Нарайн Arora (2007). Моделирование Mosfet для моделирования СБИС: теория и практика . World Scientific. п. 197, Рис. 5.14. ISBN 981-256-862-Х.
^ Яннис Tsividis (2003). Работа и моделирование МОП-транзистора (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 268; Рис. 6.11. ISBN 0195170148.

См. Также [ править ]

[Arora-1] Нарайн Arora (2007). Моделирование Mosfet для моделирования СБИС: теория и практика . World Scientific. п. 197, Рис. 5.14. ISBN 981-256-862-Х.

[Tsividis-2] Яннис Tsividis (2003). Работа и моделирование МОП-транзистора (Второе изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. п. 268; Рис. 6.11. ISBN 0195170148.

[1]