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Chapter6.5:TheMOSFieldEffectTransistorPresentedby:LeiWangTheDevelopmentofIntegratedCircuits0.25m26.5.9MOSFETScalingLateral/verticaldimensionsL,Z,d,Wm,ScalingdownMOSFET:packagingdensityoperationspeedpowerdissipation3HotelectroneffectsWhenanelectrontravelsfromthesourcetodrainalongthechannel,itgainsthekineticenergyinthepinch-offregion,andbecomesa“hot”electron.

(1)Reducingtheinputimpedance.3.1eV5HotelectroneffectsTrapswithintheoxidecaptureelectrons,andthentheybecometrappedcharges,causingthethresholdvoltagetochange.Asaresult,MOSFETcannotoperateinstability.Astheelectronstraveltowardsthedrainandbecomehot,theycancreatesecondaryelectrons-holepairsbyimpactionization.Thesecondaryelectronsarecollectedatthedrain,andcausethedraincurrenttoincrease,therebyleadingtoadecreaseoftheoutputimpedance.Thesecondaryholesarecollectedatthesubstratetocausethesubstratecurrent,leadingtonoise.electron-holepair6Hotelectroneffects(2)Beingtrappedasfixedoxidechargecausingthethresholdvoltageincrease.(3)Creatingfastinterfacestatesthatdegradetransconductance(orchannelmobility)andsub-thresholdslope.(4)Creatingsecondaryelectrons-holepairsbyimpactionization.Thesecondaryelectronsarecollectedatthedrain,andcausethedraincurrenttoincrease,therebyleadingtoadecreaseoftheoutputimpedance.Thesecondaryholesarecollectedatthesubstratetocausethesubstratecurrent,leadingtonoise.7Hotelectroneffects96.5.10Drain-inducedbarrierloweringPunchthroughleakageorbreakdownbetweenthesourceandthedrain---drainleakagecurrentDIBL106.5.10Drain-inducedbarrierloweringSolutionstoDIBL?Source/drainjunctionshallowChanneldopinghigh116.5.11Shortchannelandnarrowwidtheffect(1)ShortChannelEffect,SCE136.5.11ShortchannelandnarrowwidtheffectL’146.5.11

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