MOS管泄漏電流,各種漏電流,減小泄露方法-KIA MOS管

理想的MOS晶體管不應(yīng)該有任何電流流入襯底或者阱中，當(dāng)晶體管關(guān)閉的時(shí)候D\S之間不應(yīng)該存在任何的電流。但是，現(xiàn)實(shí)中MOS卻存在各種不同的漏電流。漏電流一方面嚴(yán)重減小了低功耗設(shè)備的電池使用壽命，另一方面在某些s&h電路中，極大的限制了信號(hào)保持時(shí)間。

反偏結(jié)泄漏電流，junction leakage（/junction）:

結(jié)漏泄漏電流為：當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，通過反偏二極管從源極或漏極到襯底或者阱到襯底；這種反偏結(jié)泄露電流主要由兩部分組成：

（1）由耗盡區(qū)邊緣的擴(kuò)散和漂移電流產(chǎn)生；

（2）由耗盡區(qū)中的產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)形成；

對(duì)于重?fù)诫s的PN區(qū)，還會(huì)有帶間隧穿（BTBT）現(xiàn)象貢獻(xiàn)的泄漏電流。源漏二極管和阱二極管的結(jié)反向偏置泄漏電流分量相對(duì)于其他三個(gè)泄漏分量通常可以忽略不計(jì)。

柵致漏極泄露電流，gate induced drain leakage (GIDL，/GIDL)

柵致漏極泄露電流是由MOS晶體管漏極結(jié)中的高場(chǎng)效應(yīng)引起的。由于G與D重疊區(qū)域之間存在大電場(chǎng)而發(fā)生隧穿并產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，其中包含雪崩隧穿和BTBT隧穿。由于電子被掃入阱中，空穴積累在漏中形成/GIDL。

柵漏重疊區(qū)域下的強(qiáng)電場(chǎng)導(dǎo)致了深度耗盡區(qū)以及是的漏極和阱交界處耗盡層變薄，因而有效形成漏極到阱的電流/GIDL。/GIDL與VDG有關(guān)。/GIDL在NMOS中比在PMOS中還要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。

柵極直接隧穿電流，gate direct tunneling leakage（/G）

柵極泄露電流是有柵極上的電荷隧穿過柵氧化層進(jìn)入阱（襯底）中形成。一般柵氧化層厚度為3-4 nm，由于在氧化物層上施加高電場(chǎng)，電子通過Fowler-Nordheim隧道進(jìn)入氧化物層的導(dǎo)帶而產(chǎn)生的/G。

隨著晶體管長(zhǎng)度和電源電壓的減小，柵極氧化物的厚度也必須減小以維持對(duì)溝道區(qū)域的有效柵極控制。不幸的是，由于電子的直接隧穿會(huì)導(dǎo)致柵極泄漏呈指數(shù)級(jí)增加。

目前，有種方法能在克服柵極漏電流的同時(shí)保持對(duì)柵極進(jìn)行良好的控制，就是采用諸如TiO2和Ta2O5的高K介電材料替代SiO2做柵極絕緣體介質(zhì)層。

亞閾值泄露電流，Subthreshold (weak inversion) leakage (/SUB)

亞閾值泄漏電流是指溝道處于弱反型狀態(tài)下的源漏電流，是由器件溝道中少數(shù)載流子的擴(kuò)散電流引起的。當(dāng)柵源電壓低于Vth時(shí)，器件不是馬上關(guān)閉的，晶體管事實(shí)上是進(jìn)入了“亞閾值區(qū)”，在這種情況下，IDS成了VGS的指數(shù)函數(shù)。

在目前的CMOS技術(shù)中，亞閾值泄漏電流ISUB比其他泄漏電流分量大得多。這主要是因?yàn)楝F(xiàn)代CMOS器件中的VT相對(duì)較低。ISUB通過使用以下公式計(jì)算：

MOS管泄漏電流,漏電流