詳解短溝道效應和窄溝道效應,形成原因-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2024-08-14
窄寬度效應
在CMOS器件工藝中，器件的閾值電壓Vth隨著溝道寬度的變窄而增大，即窄寬度效應；目前，由于淺溝道隔離工藝的應用，器件的閾值Q電壓 Vth 隨著溝道寬度的變窄而降低，稱為反窄寬度效應。
短溝道效應
在CMOS器件工藝中，當導電溝道長度降低到十幾納米，甚至幾納米量級時，晶體管出現一些效應。這些效應主要包括閾值電壓Vth隨著溝道長度降低而降低，載流子表面散射，速度飽和，離子化和熱電子效應。
短溝道效應
器件溝道長度與源/漏結耗盡層寬度可比，溝道內自由載流子漂移速度達到飽和，偏離長溝道器件特性的現象即為短溝道效應。
具體而言，短溝道效應主要指：
（1）閾值電壓隨溝道長度的下降而下降（如圖所示）；
（2）溝道長度縮短后，源漏間高電場使載流子遷移率下降，跨導下降；
（3）弱反型漏電流將隨溝道長度縮小而增加，并出現無法夾斷的情況。
如下圖所示，長溝道MOSFET和短溝道MOSFET的關鍵區別在于前者的等電位線是一維的，而后者的是二維的。這是因為長溝道MOSFET的源、漏相距較遠，源漏耗盡層彼此分離，不影響柵極下面的電場。而短溝道MOSFET的源、漏之間的距離與耗盡層垂直方向的寬度可比，因此，對能帶彎曲有影響，對柵極下面的電場也有影響。
電荷分享模型（Poon-Yau）：
窄溝道效應
研究發現，當MOSFET的溝道寬度Wdm很小時，閾值電壓隨溝道寬度的減小而增大，這個現象稱為閾值電壓的窄溝道效應。
窄溝道效應起源于溝道寬度方向邊緣處表面耗盡區的側向擴展，這種側向擴展與柵電極在溝道區以外場氧化膜上的覆蓋有直接關系。下圖所示為一種典型的鋁柵MOSFET情況，為將柵電極引出，溝道兩側覆蓋區的長度不均等。由于場氧化膜的厚度遠大于柵氧化膜的厚度，柵極電壓使溝道區強反型時，柵電極下場區一般處于耗盡或弱反型，其耗盡層厚度小于強反型區，由此形成如下圖所示的表面耗盡區分布（紅色虛線）。
若考慮表面耗盡區的側向擴展，柵電極上正電荷發出的場強線除大部分終止于柵氧化層下耗盡區電離受主以外，還有一部分場強線終止于側向擴展區電離受主，結果是使終止于反型層的場強線數目減少，溝道電荷減少，電阻增大，從而使有效閾值電壓上升。
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