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短沟

MOSFET Rout 与 Vds 选取的考虑

这里谈一下关于集成电路中的 MOSFET 的输出电阻 Rout 和漏源电压 Vds 电压的问题。

下图所示为 MOSFET 的电流 ID 和输出电阻 Rout 随端电压 VD 变化的曲线

Id and Rout Vs Vds

可以看到通常 VD 变化影响 ID 和 Rout 的原因主要是来源于三个因素,分别是: CLM (Channel Length Modulation)- 沟长调制效应;DIBL (Drain Induced Barrier Lowering)- 漏极导致势垒降低; SCBE (Substrate Current induced Body Effect)- 衬底电流导致的体效应。
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MOSFET 小尺寸下的效应

还是继续 Analog IC Design 基础知识的总结,下面来谈谈 MOS 管在小尺寸下的效应,这里主要是小尺寸下的高电场(包括垂直和水平电场)引起的问题,包括迁移率退化,热载流子以及 DIBL 等问题。

关于垂直电场

随着 MOSFET 的栅氧化层厚度的减小,垂直电场越来越强,会减小沟道中载流子的有效迁移率

MOSFET小尺寸下的垂直电场作用

具体的理解可以考虑:垂直电场使沟道中载流子靠近表面,表面的缺陷会阻碍载流子由源到漏的移动,从而减小迁移率

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MOS 管阈值电压与沟长和沟宽的关系

继续关于 Analog IC Design 基础知识的小结,这里总结一下对于晶体管阈值电压 Vth 随沟道长度 L 和宽度 W 的变化的讨论

关于 MOSFET 的 W 和 L 对其阈值电压 Vth 的影响,实际在考虑工艺相关因素后都是比较复杂,但是也可以有一些简化的分析,这里主要还是分析当晶体管处在窄沟道和短沟道情况下,MOSFET 耗尽区的电荷的变化,从而分析其对晶体管的阈值电压的作用。

Narrow channel 窄沟的分析

窄沟下阈值电压的分析  沟宽对阈值电压的影响

从左图可以看到,决定 MOSFET 阈值电压的耗尽层电荷,并不仅是在栅下区域的电荷 Qch;实际上在图中耗尽区左右与表面相接处,还需要有额外的电荷 Qchw。
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