半導體器件物理-MOSFET3

1、西安電子科技大學西安電子科技大學 XIDIDIAN UNIVERSITYXIDIDIAN UNIVERSITY第四章第四章 MOSMOS場效應晶體管場效應晶體管非理想效應非理想效應2022-2-81場效應器件物理場效應器件物理4.3 MOSFET 亞閾值電流亞閾值電流: 定義定義TGSVV2022-2-8亞閾值電流亞閾值電流fpsfp2p理想理想MOSFET：ID=0p實際實際MOSFET：存在亞閾值電流：存在亞閾值電流Idsubp亞閾區(qū)，亞閾區(qū)，VGS稍小于稍小于VT，u表面勢：表面勢：u半導體表面處于弱反型區(qū)半導體表面處于弱反型區(qū)u弱反型溝道，形成亞閾值電流弱反型溝道，形成亞閾值電流IDs

2、ubpIDsub形成機制？形成機制？2022-2-84.3 MOSFET 亞閾值電流亞閾值電流: 形成機制形成機制n溝道溝道MOSFETp堆積狀態(tài)：勢壘很高堆積狀態(tài)：勢壘很高電子無電子無 法躍過法躍過無法形成表面電流無法形成表面電流p弱反型狀態(tài)：勢壘較低弱反型狀態(tài)：勢壘較低電子電子有一定幾率越過勢壘有一定幾率越過勢壘形成亞閾形成亞閾值電流值電流p強反型狀態(tài)：勢壘極低強反型狀態(tài)：勢壘極低大量大量電電子越過勢壘子越過勢壘形成溝道電流形成溝道電流襯底襯底0勢能參考點勢能參考點4.3 MOSFET 亞閾值電流亞閾值電流: :對器件的影響對器件的影響o亞閾電流表達式亞閾電流表達式:uID與與VGS有關(guān)，

3、且隨有關(guān)，且隨VGS指數(shù)增加，指數(shù)增加，u若若VDS4（kT/e），最后括號部分將近似等于），最后括號部分將近似等于1，IDsub近似與近似與VDS無關(guān)無關(guān)2022-2-8半對數(shù)坐標中亞閾電流半對數(shù)坐標中亞閾電流與與VGS之間呈現(xiàn)直線之間呈現(xiàn)直線 改變一個數(shù)量級，改變當（sub)DSIVmV60G4.3 MOSFET 亞閾值電流亞閾值電流: :對器件的影響對器件的影響2022-2-8p亞閾值擺幅亞閾值擺幅S（Subthreshold swing）：漏電流減小一個數(shù)量級所需的柵壓變）：漏電流減小一個數(shù)量級所需的柵壓變化量，化量，S=dVGS/d(lgIDsub)pS也是半對數(shù)亞閾特性曲線斜率的倒

4、數(shù)也是半對數(shù)亞閾特性曲線斜率的倒數(shù)u兩點法求斜率：兩點法求斜率：(VGS=VT, Ion)，(VGS0, 10-10(Ioff)）uk= (lgIon- lgIoff) /(VT VGS0), S=1/kpS小好？大好？小好？大好？u Ion變?yōu)樽優(yōu)镮off ，器件關(guān)斷，器件關(guān)斷uk越大（越大（S越?。?，越小），VGS的降低能快速關(guān)斷器件的降低能快速關(guān)斷器件uS是是量化量化MOS管如何隨柵壓管如何隨柵壓快速關(guān)斷快速關(guān)斷的參數(shù)的參數(shù)p亞閾值擺幅亞閾值擺幅S影響因素影響因素uS(Cox+Cdep+Cit)/Cox； Cit:界面陷阱電容界面陷阱電容u減薄柵氧厚度（減薄柵氧厚度（Cox增大）、降低襯

5、底摻雜（增大）、降低襯底摻雜（Cdep減小）、減小表面陷阱密度減小）、減小表面陷阱密度（Cit減小）減?。?4.3 MOSFET 亞閾值電流亞閾值電流: :對器件的影響對器件的影響2022-2-8o開關(guān)特性變差：開關(guān)特性變差：uVGS略低于略低于VT時，理論上器件關(guān)閉時，理論上器件關(guān)閉u由于存在亞閾電流，器件無法正常關(guān)閉。由于存在亞閾電流，器件無法正常關(guān)閉。o靜態(tài)功耗增加：靜態(tài)功耗增加：uCMOS電路，總有電路，總有MOS管處于截止態(tài)，若管處于截止態(tài)，若VGS只是稍低于只是稍低于VT，理論器，理論器件截止，靜態(tài)功耗為件截止，靜態(tài)功耗為0。但。但IDsub存在，靜態(tài)功耗增大。存在，靜態(tài)功耗增大。

6、uI Dsub只有納安到微安量級。但大規(guī)模只有納安到微安量級。但大規(guī)模IC中包含有上千萬甚至數(shù)億個器中包含有上千萬甚至數(shù)億個器件，總的件，總的 I Dsub可能達到數(shù)個安培可能達到數(shù)個安培.p減小減小I Dsub影響的措施影響的措施u增大增大COX，減小亞閾減小亞閾值值擺幅擺幅，使器件可以快速關(guān)斷，使器件可以快速關(guān)斷u提高提高關(guān)斷關(guān)斷/待機待機狀態(tài)下器件的閾值電壓狀態(tài)下器件的閾值電壓VT：通過：通過襯底和源之間加反偏襯底和源之間加反偏，使使VT增加，增加， 從而使從而使VGSVT.VGS下器件脫離弱反型，處于耗盡區(qū)，無下器件脫離弱反型，處于耗盡區(qū)，無I Dsub ，靜態(tài)功耗大幅降低，靜態(tài)功耗大

7、幅降低4.3 MOSFET 亞閾值電流的應用亞閾值電流的應用2022-2-8o 亞域區(qū)的利用：亞域區(qū)的利用： u VGS比比VT小，存在小，存在Idsub,，可認為器件導通，可認為器件導通u 與正常導通相比，與正常導通相比，ID小，功耗小。小，功耗小。u 亞域區(qū)內(nèi)亞域區(qū)內(nèi)柵壓變，柵壓變， Idsub變，可實現(xiàn)放大變，可實現(xiàn)放大u 低壓低功耗電路中可以使器件工作在亞閾區(qū)。低壓低功耗電路中可以使器件工作在亞閾區(qū)。p 利用亞閾特性進行微弱信號放大的應用研究正得到越來利用亞閾特性進行微弱信號放大的應用研究正得到越來越大的重視越大的重視2022-2-84.3 MOSFET 溝道長度調(diào)制效應溝道長度調(diào)制效

8、應: :機理機理）（有效溝長）（飽和區(qū)：）（LLLLVVVVDSDSDSDSsatp理想長溝：理想長溝：LL，導電溝道區(qū)的等效電阻近似不變，飽和區(qū)電流飽和，導電溝道區(qū)的等效電阻近似不變，飽和區(qū)電流飽和p實際器件實際器件(短溝短溝)：L L ，導電溝道區(qū)的等效電阻減小，導電溝道區(qū)的等效電阻減小，ID增加增加,溝道長度調(diào)制效應溝道長度調(diào)制效應DDDDIILLLILI1漏源電流2022-2-84.3 MOSFET 溝道長度調(diào)制效應溝道長度調(diào)制效應: :模型模型）（DSTGSoxnsatDVVVLCWI1)(22)(p溝道長度調(diào)制效應系數(shù)：溝道長度調(diào)制效應系數(shù)：p不是一個常數(shù)，和溝長有關(guān)：不是一個常數(shù)

9、，和溝長有關(guān)：p放大應用時，影響電壓放大倍數(shù)的參數(shù)：飽和區(qū)輸出電阻放大應用時，影響電壓放大倍數(shù)的參數(shù)：飽和區(qū)輸出電阻u模擬放大電路的模擬放大電路的MOSFET器件的溝道長度，一般較大：器件的溝道長度，一般較大：Ro大大u數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路MOSFET溝長，一般取工藝允許的最小值：溝長，一般取工藝允許的最小值：速度快、面積小、功耗低速度快、面積小、功耗低DSLVLp利用前面利用前面L模型得出的模型得出的I-V公式，繁瑣不易計算公式，繁瑣不易計算,不適合于器件模型不適合于器件模型p考慮溝道長度調(diào)制效應的考慮溝道長度調(diào)制效應的IV常用表達式：電流隨著常用表達式：電流隨著VDS的升高而上升的升高

10、而上升L1D(sat)dsoI1 RR倍數(shù)下降越小，器件的電壓放大越大，溝道越短，oR2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化p溝道中的電場溝道中的電場u由由VDS形成的沿溝道方向的電場分量形成的沿溝道方向的電場分量u由由VG形成的與溝道垂直方向的電場分量形成的與溝道垂直方向的電場分量u對載流子遷移率的影響，隨著電場的增強，變得都不可忽略對載流子遷移率的影響，隨著電場的增強，變得都不可忽略2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :縱向電場的影響縱向電場的影響(1)(1)(表面表面散射界面溝道載流子的運動趨近縱向電場GSsGSVfV遷移率u 表面散射：表面

11、電荷散射和表面散射：表面電荷散射和 表面不平整散射表面不平整散射2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :縱向電場的影響縱向電場的影響(2)(2)p表面遷移率（記為表面遷移率（記為eff）與反型層中垂直）與反型層中垂直方向的電場方向的電場Eeff關(guān)系：關(guān)系：u0和和E0為實驗曲線的擬合參數(shù)為實驗曲線的擬合參數(shù)u0為低場表面遷移率為低場表面遷移率uE0為遷移率退化時的臨界電場為遷移率退化時的臨界電場uEeff反型層中所有電子受到的平均電場，反型層中所有電子受到的平均電場，與與tox關(guān)系不明顯，取決于氧化層下方關(guān)系不明顯，取決于氧化層下方電荷：電荷：peff受溫度影響大：晶格

12、散射受溫度影響大：晶格散射310eff0effEEnseff21)max(1QQESD2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :縱向電場的影響縱向電場的影響(3)(3)(222DSDSTGSoxnDVVVVLCWIuVGS增加，反型層電荷有效遷移率降低，漏電流、跨導隨柵壓增增加，反型層電荷有效遷移率降低，漏電流、跨導隨柵壓增加而增加的趨勢變緩加而增加的趨勢變緩p對漏電流、跨導的影響對漏電流、跨導的影響）（DSTGSoxnsatDVVVLCWI1)(22)(2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化:Si:Si的情形的情形臨界電場強度臨界電場強度飽和漂移速度

13、飽和漂移速度Evsat/pE較低時，較低時， 為常數(shù)，半導體載流子漂移速度與溝道方向電場正比為常數(shù)，半導體載流子漂移速度與溝道方向電場正比pE較高時，達到一臨界電場較高時，達到一臨界電場EC時，載流子漂移速度將達到飽和速度時，載流子漂移速度將達到飽和速度vSat ,使載流子的使載流子的下降下降cm/s101V/cm103:Si7sat4vEC載流子速度飽和時Ev2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :縱向電場的影響縱向電場的影響(2)(2)p有效遷移率（記為有效遷移率（記為）常用經(jīng)驗公式：）常用經(jīng)驗公式：p載流子速度飽和，載流子速度飽和，VDS ,載流子載流子v 不變不

14、變,電流飽和：電流飽和：u若若為常數(shù)，為常數(shù)，VDS， E,v ，直到漏端夾斷，直到漏端夾斷， 發(fā)生夾斷飽和發(fā)生夾斷飽和u速度飽和時，器件還未發(fā)生夾斷飽和，速度飽和時，器件還未發(fā)生夾斷飽和， 屬于提前飽和，屬于提前飽和，envenJnEETGSsatDSVVV0)(TGSsatDSVVV1)(都減小和相比，曲線提前拐彎，與理想)()(satDSsatDSIV2022-2-84.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :速度飽和效應速度飽和效應u飽和漏源電流與柵壓成線性關(guān)系飽和漏源電流與柵壓成線性關(guān)系u飽和區(qū)跨導與偏壓及溝道長度無關(guān)飽和區(qū)跨導與偏壓及溝道長度無關(guān)u截止頻率與柵壓無關(guān)截止頻率與柵

15、壓無關(guān)4.3 MOSFET 遷移率變化遷移率變化: :速度飽和效應速度飽和效應pVGSVT0(較小較小)：強反型區(qū)，器件易發(fā)生夾斷飽和，：強反型區(qū)，器件易發(fā)生夾斷飽和， ID與與VGS 平方關(guān)系，中電流，平方關(guān)系，中電流， gm與與VGS線性關(guān)系線性關(guān)系pVGSVT0(很大很大)：器件很難發(fā)生夾斷飽和，易發(fā)生速度飽和，：器件很難發(fā)生夾斷飽和，易發(fā)生速度飽和， 大電流，但跨導飽和。大電流，但跨導飽和。p模擬放大電路設計中：放大用模擬放大電路設計中：放大用MOSFET避免工作在速度飽和區(qū)，避免工作在速度飽和區(qū)， 因為跨導不變，消耗的電流（功耗）卻在增加因為跨導不變，消耗的電流（功耗）卻在增加, 接

16、近就接近就OK，使，使gm較大較大2022-2-82022-2-84.3 MOSFET 閾值電壓修正：閾值電壓修正： V VT T與與L L、WW的相關(guān)性的相關(guān)性無關(guān)、寬度與溝道長度的閾值電壓長、寬溝道WLVCQVfpFBoxSDTN2|MOSFETmax的變化而變化隨溝道長度的閾值電壓（短溝道LrLj)MOSFET的變化而變化隨溝道寬度的閾值電壓（窄溝道WxWdT)MOSFET漏、源區(qū)漏、源區(qū)擴散結(jié)深擴散結(jié)深rj表面空間電表面空間電荷區(qū)厚度荷區(qū)厚度xdTn溝道溝道MOSFET短溝道短溝道長溝道長溝道n溝道溝道MOSFET窄溝道窄溝道寬溝道寬溝道2022-2-84.3 MOSFET 閾值電壓修

17、正：閾值電壓修正： V VT T隨隨L L的變化的變化p利用電荷共享模型分析（實際利用電荷共享模型分析（實際MOSFET）：）：u源襯結(jié)和漏襯結(jié)的耗盡層向溝道區(qū)擴展源襯結(jié)和漏襯結(jié)的耗盡層向溝道區(qū)擴展u耗盡層內(nèi)近耗盡層內(nèi)近S/D區(qū)的部分體電荷的電力線中止于源漏區(qū)區(qū)的部分體電荷的電力線中止于源漏區(qū)u近似認為：左右下方兩個三角形內(nèi)的耗盡層電荷在近似認為：左右下方兩個三角形內(nèi)的耗盡層電荷在VDB、VSB下產(chǎn)生，下產(chǎn)生，只梯形內(nèi)的空間電荷由只梯形內(nèi)的空間電荷由VGS控制產(chǎn)生?？刂飘a(chǎn)生。p理想情況（長溝器件）：兩側(cè)三角形內(nèi)空間電荷的量相對少，近似理想情況（長溝器件）：兩側(cè)三角形內(nèi)空間電荷的量相對少，近似柵

18、氧下方耗盡層電荷都是在柵氧下方耗盡層電荷都是在VGS控制產(chǎn)生控制產(chǎn)生u實際情況（短溝器件）：兩側(cè)三角形內(nèi)空間電荷的量相對增加，實際需實際情況（短溝器件）：兩側(cè)三角形內(nèi)空間電荷的量相對增加，實際需VGS控制產(chǎn)生的電荷減少，控制產(chǎn)生的電荷減少，VT減小減小fpFBoxSDTNVCQV2|max2022-2-8LL4.3 MOSFET 閾值電壓修正：閾值電壓修正： V VT T隨隨L L的變化的變化適用長溝道）：理想模型 (的控制受只梯形內(nèi)的耗盡層電荷適用短溝道）：實際情形GSV(WLxeNQVdTaBGS |控制的表面總電荷受dTaBxeNQ |max單位柵面積的表面電荷WLLxeNQVdTaBG

19、S2|控制的表面總電荷受)2(1|maxLLLLLxeNQdTaB利用單位面積的表面電荷p溝道越短，由柵控制的耗盡層電荷面電荷密度越小，溝道越短，由柵控制的耗盡層電荷面電荷密度越小，VT越小越小fpFBoxSDTNVCQV2|max2022-2-84.3 MOSFET 閾值電壓修正：閾值電壓修正： V VT T隨隨WW的變化的變化fpFBoxSDTNVCQV2|maxpMOSFET半導體表面耗盡層在寬度方向?qū)⒋嬖跈M向展寬現(xiàn)象半導體表面耗盡層在寬度方向?qū)⒋嬖跈M向展寬現(xiàn)象u中間矩形和兩側(cè)的空間電荷均在中間矩形和兩側(cè)的空間電荷均在VGS作用下產(chǎn)生作用下產(chǎn)生u理想情況理想情況(寬溝器件寬溝器件)：兩側(cè)

20、空間電荷的量相對少，可忽略，只中間矩形內(nèi)：兩側(cè)空間電荷的量相對少，可忽略，只中間矩形內(nèi)的耗盡層電荷需要柵壓產(chǎn)生的耗盡層電荷需要柵壓產(chǎn)生u實際情況實際情況(窄溝器件窄溝器件)：兩側(cè)空間電荷的量相對多，不可忽略，閾值反型：兩側(cè)空間電荷的量相對多，不可忽略，閾值反型點需點需VGS產(chǎn)生的耗盡層電荷增多，產(chǎn)生的耗盡層電荷增多，VT增大增大沿溝寬沿溝寬W的器件剖面圖的器件剖面圖2022-2-84.3 MOSFET V VT T隨隨WW的變化的變化: :表面電荷表面電荷LxdT241241圓柱體的體積：邊緣兩個dTaBdTaBGSxeNQWLxeNQV單位面積的表面電荷控制的表面總電荷受適用寬溝道）：理想模

21、型max(WxxeNQxLWLxeNQVdTdTaBdTdTaBGS21|2|(max單位面積的表面電荷控制的表面總電荷受適用窄溝道）：實際情形fpFBoxSDTNVCQV2|max若柵邊緣處耗盡層的擴展相等，均為耗若柵邊緣處耗盡層的擴展相等，均為耗盡層最大厚度盡層最大厚度XdT，則兩側(cè)為，則兩側(cè)為1/4圓圓p溝道越窄，由柵控制的耗盡層電荷面電荷密度越大，溝道越窄，由柵控制的耗盡層電荷面電荷密度越大，VT越大越大p通過離子注入技術(shù)向溝道區(qū)注入雜質(zhì)調(diào)整通過離子注入技術(shù)向溝道區(qū)注入雜質(zhì)調(diào)整VT，改變了氧化層附，改變了氧化層附近襯底的近襯底的N。p離子注入技術(shù)是微電子工藝中的一種重要的摻雜技術(shù)，也是

22、控離子注入技術(shù)是微電子工藝中的一種重要的摻雜技術(shù)，也是控制制MOSFET閾值電壓的一個重要手段。閾值電壓的一個重要手段。p離子注入的優(yōu)點是離子注入的優(yōu)點是能精確控制雜質(zhì)的總劑量、深度分布和面均能精確控制雜質(zhì)的總劑量、深度分布和面均勻性勻性，而且是低溫工藝（可防止原來雜質(zhì)的再擴散等），同時，而且是低溫工藝（可防止原來雜質(zhì)的再擴散等），同時可實現(xiàn)自對準技術(shù)（以減小電容效應）?？蓪崿F(xiàn)自對準技術(shù)（以減小電容效應）。）oxmsssmsfpoxssoxSDTNCQNfCQCQV,(2|maxdTaSDxeNQ |max2022-2-84.3 MOSFET 離子注入調(diào)整離子注入調(diào)整V VT T: :原理原理

23、pp型半導體表面注入受主雜質(zhì)型半導體表面注入受主雜質(zhì)Na（如（如B）半導體半導體表面凈摻雜表面凈摻雜濃度濃度表面更難以反型表面更難以反型V VT ToxITTCeDVV02022-2-84.3 MOSFET 離子注入調(diào)整離子注入調(diào)整V VT T: :原理原理受主注入劑量（單位面積注入的離子數(shù)）受主注入劑量（單位面積注入的離子數(shù)）注入前的閾值電壓注入前的閾值電壓pp型半導體表面注入施主雜質(zhì)型半導體表面注入施主雜質(zhì)Nd（如（如P）半導體半導體表面凈摻雜濃度表面凈摻雜濃度表面更容易反型表面更容易反型V VT ToxITTCeDVV0施主注入劑量（單位面積注入的離子數(shù)）施主注入劑量（單位面積注入的離子

24、數(shù)）msfpoxssoxSDTNCQCQV2|maxdTaSDxeNQ |maxn公式前提：所有的注入雜質(zhì)，都參與改變公式前提：所有的注入雜質(zhì)，都參與改變VTn實際情況？實際情況？)(aSINNxD2022-2-84.3 MOSFET 離子注入調(diào)整離子注入調(diào)整V VT T: :注入雜質(zhì)分布注入雜質(zhì)分布IasIxNND)(注入后的平均摻雜濃度注入后的平均摻雜濃度注入前的摻雜濃度注入前的摻雜濃度注入深度注入深度p給定劑量給定劑量Di后，對后，對VT影響量與雜質(zhì)注入到影響量與雜質(zhì)注入到S后的分布函數(shù)相關(guān)后的分布函數(shù)相關(guān)uDelta函數(shù)型分布函數(shù)型分布u階躍函數(shù)型分布階躍函數(shù)型分布u高斯函數(shù)型分布高斯

25、函數(shù)型分布:更接近實際情況，分析較復雜更接近實際情況，分析較復雜oxITTCeDVV0XIXdT, VT利用利用NS求出求出注入深度注入深度單位面積注入的離子數(shù)單位面積注入的離子數(shù)DIXdT：注入后的最大耗盡層厚度：注入后的最大耗盡層厚度2022-2-84.3 MOSFET MOSFET ICMOSFET IC的發(fā)展的發(fā)展若尺寸縮小若尺寸縮小30，則，則 柵延遲減少柵延遲減少30，工作頻率增加，工作頻率增加43 單位面積的晶體管數(shù)目加倍單位面積的晶體管數(shù)目加倍 每次切換所需能量減少每次切換所需能量減少65，節(jié)省功耗，節(jié)省功耗50pMOSFET IC的發(fā)展趨勢：的發(fā)展趨勢：u0.25um0.18

26、 um0.13um90nm60nm 45nm 32nm 22nm 16nm，每一代工藝，每一代工藝uL kL，k 0.7，p尺寸縮小好處：尺寸縮小好處：u提高集成度：同樣功能所需芯片面積更小提高集成度：同樣功能所需芯片面積更小u提升功能：同樣面積可實現(xiàn)更多功能提升功能：同樣面積可實現(xiàn)更多功能u降低成本：單管成本降低降低成本：單管成本降低u改善性能：速度加快，單位功耗降低改善性能：速度加快，單位功耗降低p完全按（恒定電場）比例縮小完全按（恒定電場）比例縮小(Full Scaling)u 尺寸與電壓按同樣比例縮小尺寸與電壓按同樣比例縮小u 電場強度保持不變電場強度保持不變u 最為理想，但難以實現(xiàn)（

27、器件閾值電壓不能按比例縮?。┳顬槔硐耄y以實現(xiàn)（器件閾值電壓不能按比例縮?。?022-2-84.3 MOSFET 縮小方式縮小方式p恒壓按比例縮小恒壓按比例縮小(Fixed Voltage Scaling)u尺寸按比例縮小，電壓保持不變尺寸按比例縮小，電壓保持不變u電場強度隨尺寸的縮小而增加，強場效應加重電場強度隨尺寸的縮小而增加，強場效應加重p一般化按比例縮小一般化按比例縮小(General Scaling)u尺寸和電場按不同的比例因子縮小尺寸和電場按不同的比例因子縮小u迄今為止的實際做法迄今為止的實際做法2022-2-84.3 MOSFET 完全按比例縮小完全按比例縮小: :規(guī)則規(guī)則,y

28、xEGGEoxoxTTSSDSDSkttkVVkVVkVVkLL 不變柵漏壓要匹配不變kNNkxxkLLaaNVxDDaDSD/漏襯結(jié)耗盡層2022-2-84.3 MOSFET 完全按比例縮小完全按比例縮小: :結(jié)果結(jié)果n按比例縮小的參數(shù)：尺寸與電壓按同樣比例縮小按比例縮小的參數(shù)：尺寸與電壓按同樣比例縮小n器件尺寸參數(shù)（器件尺寸參數(shù)（L，tox，W，xj）：）：k倍倍n摻雜濃度（摻雜濃度（Na，Nd）：）：1/k倍倍n電壓電壓V：k倍倍n對其他器件參數(shù)的影響對其他器件參數(shù)的影響n電場電場E： 1倍倍n耗盡區(qū)寬度耗盡區(qū)寬度Xd： k倍倍n電阻電阻R（與（與W/L成正比）：成正比）：1倍倍; 總柵

29、電容（與總柵電容（與WL/tox成正比）成正比）: k倍倍n漏電流漏電流I（與（與WV/L成正比成正比): k倍倍n對電路參數(shù)的影響對電路參數(shù)的影響n器件密度（器件密度（ 與與WL成反比）：成反比）：1/k2倍倍n每器件功耗每器件功耗P（與（與IV成正比）成正比）: k2倍倍n器件功率密度（每器件功耗器件功率密度（每器件功耗/器件面積）（與器件面積）（與IV/WL成正比）成正比）:1n電路延遲時間（與電路延遲時間（與RC成正比）：成正比）： k倍倍2022-2-84.3 MOSFET 完全按比例縮小完全按比例縮小: :小結(jié)小結(jié)p電壓和尺寸不能按同比例減小，電壓縮小量小電壓和尺寸不能按同比例減小

30、，電壓縮小量小pE隨著工藝尺寸的縮小，一定程度上在增加隨著工藝尺寸的縮小，一定程度上在增加p溝道長度減小到一定程度后出現(xiàn)的由大電場引起的一系列二級物理效應，溝道長度減小到一定程度后出現(xiàn)的由大電場引起的一系列二級物理效應，統(tǒng)稱為短溝道效應。包括：統(tǒng)稱為短溝道效應。包括：uID不飽和，與不飽和，與VDS相關(guān)；相關(guān)；u溝長縮短后，溝長縮短后，VDS產(chǎn)生的高產(chǎn)生的高E時載流子速度飽和，跨導下降時載流子速度飽和，跨導下降u閾值電壓與閾值電壓與L、W有關(guān)，不再是常數(shù)有關(guān)，不再是常數(shù)u亞閾特性退化，器件關(guān)不斷亞閾特性退化，器件關(guān)不斷u誘發(fā)器件發(fā)生各種擊穿：柵氧擊穿、漏襯雪崩、源漏穿通誘發(fā)器件發(fā)生各種擊穿：柵

31、氧擊穿、漏襯雪崩、源漏穿通u影響器件壽命的熱載流子效應影響器件壽命的熱載流子效應依賴關(guān)系弱）后二項與第一項kkVCeNVfpFBoxfpaT,(2)2(22022-2-84.3 MOSFET 完全按比例縮小完全按比例縮小: :小結(jié)小結(jié)p為了提高器件性能，為了提高器件性能，L要繼續(xù)縮小，還必須要防止出現(xiàn)短溝道效應要繼續(xù)縮小，還必須要防止出現(xiàn)短溝道效應p原則：原則：應使短溝道器件保持電學上的長溝道特性，標志：應使短溝道器件保持電學上的長溝道特性，標志：uVDS3kt/e, 弱反型區(qū)弱反型區(qū)IDsub與與VDS無關(guān)無關(guān)uID與與1/L成正比成正比p長溝道特性最小溝長（經(jīng)驗公式）：長溝道特性最小溝長（經(jīng)驗公式）：uL=c1rjtox(WS+WD)21/3uc1為常數(shù)