短溝道效應(yīng)對(duì)閾值電壓的影響,mosfet短溝道效應(yīng)介紹
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一、短溝道效應(yīng)概述
在金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）中，當(dāng)導(dǎo)電溝道長(zhǎng)度縮小至十幾納米甚至幾納米量級(jí)時(shí)，會(huì)引發(fā)一系列獨(dú)特的物理效應(yīng)，統(tǒng)稱為短溝道效應(yīng)（Short Channel Effect, SCE）。這些效應(yīng)具體表現(xiàn)為閾值電壓隨溝道長(zhǎng)度減小而降低、漏致勢(shì)壘降低（DIBL）、載流子表面散射、速度飽和、離子化以及熱電子效應(yīng)等。
二、短溝道效應(yīng)的影響
當(dāng) MOSFET 的溝道長(zhǎng)度（L）縮小至與耗盡區(qū)寬度相當(dāng)?shù)某潭葧r(shí)，器件的電學(xué)特性發(fā)生顯著變化，與長(zhǎng)溝道器件的行為模式產(chǎn)生明顯偏差。在半導(dǎo)體器件設(shè)計(jì)中，這種偏差體現(xiàn)在多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)上，如閾值電壓（VT）、亞閾值擺幅（SS）、漏電流（leakage current）等。
隨著 MOSFET 尺寸的持續(xù)縮小，尤其是溝道長(zhǎng)度的不斷縮短，短溝道效應(yīng)愈發(fā)顯著。其中，直接隧穿和熱載流子注入等效應(yīng)會(huì)改變溝道中的電荷分布和電場(chǎng)分布，進(jìn)而影響閾值電壓，通常導(dǎo)致閾值電壓降低和亞閾值擺幅增大。
三、閾值電壓漂移現(xiàn)象
當(dāng)器件溝道長(zhǎng)度減小至深亞微米結(jié)點(diǎn)時(shí)，閾值電壓會(huì)出現(xiàn)顯著的下降，這就是短溝器件的閾值電壓漂移現(xiàn)象。
在短溝器件中，隨著漏端電壓的升高，源漏的耗盡區(qū)在溝道中相互靠近，導(dǎo)致溝道區(qū)的電勢(shì)降低，這種現(xiàn)象被稱為漏致勢(shì)壘降低（DIBL）效應(yīng)。
在短溝器件中，隨著漏端電壓的升高，源漏的耗盡區(qū)在溝道中相互靠近，導(dǎo)致溝道區(qū)的電勢(shì)降低，這種現(xiàn)象被稱為漏致勢(shì)壘降低（DIBL）效應(yīng)。
溝道區(qū)勢(shì)壘的降低使得器件的閾值電壓隨著源漏偏壓的升高而降低。DIBL 效應(yīng)的嚴(yán)重程度與漏端偏壓的升高和溝道長(zhǎng)度的減小呈正相關(guān)。通常，可以通過(guò)測(cè)量器件在漏端偏壓下分別工作在線性區(qū)和飽和區(qū)時(shí)的閾值電壓差值，來(lái)評(píng)估 DIBL 效應(yīng)的嚴(yán)重程度。
由于溝道區(qū)勢(shì)壘降低，即使柵源電壓小于閾值電壓，也會(huì)有少量載流子從源端漂移到漏端，導(dǎo)致器件的亞閾值電流增大。因此，DIBL 效應(yīng)使得器件的閾值電壓會(huì)隨著源漏偏壓的改變而發(fā)生漂移。
四、2D nMOSFET 仿真結(jié)果
通過(guò)對(duì)2D nMOSFET進(jìn)行仿真，得到其id-Vg曲線。結(jié)果顯示，當(dāng)柵極長(zhǎng)度（Lg）小于600 nm時(shí)，2D nMOSFET表現(xiàn)出嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)。
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