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窄沟道效应_百度文库

  窄沟道效应_电子/电路_工程科技_专业资料。窄沟道效应 一.定义 当场效应晶体管的沟道宽度约等于源和漏结的耗尽层宽度时,即为所谓“窄沟道”器件。 在器件结构的尺寸缩小时,不仅沟道长度变短,宽度也将按同比例在缩小,于是就会出现窄 沟道器件。 器件

  窄沟道效应 一.定义 当场效应晶体管的沟道宽度约等于源和漏结的耗尽层宽度时,即为所谓“窄沟道”器件。 在器件结构的尺寸缩小时,不仅沟道长度变短,宽度也将按同比例在缩小,于是就会出现窄 沟道器件。 器件的阈值电压等性能因为沟道变窄而发生变化的现象即称为窄沟道效应——晶 体管的阈值电压升高。 二.理想模型 沟道变窄使阈值电压发生变化的物理本质是:栅电极的“边缘场”使得场氧化层下的表 面耗尽区的空间电荷有所增加(即产生了额外电荷Δ Q),则使阈值电压增大。当沟道宽度较 大时,耗尽层向两侧的扩展部分可以忽略;但是沟道变窄时,边缘场造成的耗尽层扩展变得 不可忽略,这样,耗尽层电荷量比原来计算的要大,这就产生了窄沟道效应——使阈值电压 会有一个增量。栅极宽度越小,Δ Q 所占总空间电荷的比例也就越大,则 NWE 的影响就越 大。基于这种边缘场的概念来计算 NWE 的阈值电压,有 Jeppson 简单模型和 Akers 模型 等。因此,为了减小 NWE,应该减薄栅 SiO2 层的厚度,以使边缘场减小。 三.产生原因 对于 VLSI 中的实际小尺寸 MOSFET 而言,发生 NWE 的机理往往不是“边缘场”的关 系,而是工艺问题所致:因为这里总有高剂量的场区离子注入,在退火时离子会产生侧向扩 散,使得沟道区的有效杂质浓度升高,从而导致阈值电压增高。因此,在减弱窄沟道效应所 采取的措施上,就需要从工艺技术方面来考虑。 四.与短沟道互补 由于短沟道效应(SCE)将引起阈值电压下降,这正好与窄沟道效应的影响相反。因此 在特殊尺寸条件下, 二者可以相互补偿, 从而可使得小尺寸器件的阈值电压与大尺寸器件的 一样。 五.例题 面试题 测试卷一 第三题 测试卷三 第九题 问:什么是窄沟道效应? 答: 窄沟道效应 (narrow channel effect) : 当金属-氧化物-半导体场效应晶体管 (MOSFET) 的沟道宽度窄到可与源和漏的耗尽层宽度相比拟时, 器件将发生偏离宽沟道的行为, 这种由 窄沟道宽度引起的对器件性能的影响称为窄沟道效应。 沟道宽度变窄导致阈值电压增加, 是 窄沟道效应的重要方面, 这与衬底中耗尽区沿沟道宽度的横向扩展有关。 沟道变窄使阈值电 压增加与沟道长度变短使阈值电压减小的特性正好相反, 因此在既是短沟又是窄沟的小尺寸 MOSFET 中这两种相反的阈值电压特性使阈值电压趋于保持不变或仅有极小的变化。

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