MOS管漏源電壓的影響及其閾值電壓分析

上面的一些結果是在VDS小到可以忽略的條件下導出來的。當VSB固定時，如果VDS（因而也是VDB）增加，則漏區周圍的耗盡區將變寬。按照前面的論點可知，這又將使值減少，小于迄今所求得的值，從而使T進一步減小。這樣，對于短溝道器件來說，T成了VDS的降函數！有效電荷仍可用類似于圖5.9a的方法進行計算，只是此刻圖中的梯形畸變了。最終所得的表達式將在題5.15中考慮。若r較大，并經某些簡化，則可得

式中ιS和ιD分別為源和漏周圍耗盡區的寬度，a1仍是一個經驗常數，通常等于1。注意，當VDS=0（ιD=ιS=ι），上式便簡化為式（5.4.8）。根據式（5.4.5a），并注意在考慮漏區周圍的耗盡區時，用VDB替VSB，可得

可把VDB寫為VDB=VSB+VDS。對于較小的VDS值，上式中的第二個根號可在VDS=0附近展開成泰勒級數，并只取前兩項來近似，結果為

根據展開式可得式中的a₂=0.25。然而，為了擴大該式的適用范圍，將允許對a₂按經驗加以調整?，F在利用式（5.4.13），（5.4.11）和（5.4.2b）可得

因而

雖然式（5.4.14）是利用電荷共享思想推導出來的，但該式所預計的VT隨VDS的變化情況與利用本節開頭討論過的勢壘下降概念所考慮的VT隨VDS的變化情況相比，在方向上是相同的。（可用漏區感應勢壘下降這個名稱來描述漏區對勢壘的這種影響）。雖然上述幾個表達式是在假設VDS值較小的基礎上導得的，但在實際工作中常常發現只要選擇一個合適的嗎值，它們的形式對于較大范圍的Vns值也正好適用。L值不同，a值也將不同；事實上，對于某些器件已發現a₂大體上正比于1/L。為了解釋這種特性，我們應考慮用更復雜的圖形來描繪器件，其中從漏區出發的場強線不僅對靠近漏區的溝道電荷有影響，而且對整個溝道長度上的電荷都有影響。在這種情況下，需要采用二維數值模擬才能獲得定量的結果。

這里值得注意的是，漏-源電壓甚至在大于夾斷值時對溝道耗盡區電荷的影響[結果如式（5.4.15）]還繼續存在。因此，即使忽略溝道長度調制，飽和區中的ID也將是不飽和的。它將隨VDS的增加而繼續增大，因為此時T將按式（5.4.15）繼續減少。這一現象將在5.5節中進一步討論。還要注意，如果器件的，因上述效應而降到足夠低的話，則依靠把VGS降低到比VT，足夠低而已經截止的一個器件可能恰好因VDS的增加又變為導通了。這種現象如果不加以適當考慮，則在一些數字應用中將會造成嚴重后果。

中反型和強反型的開始點VM和VH都很靠近VT值，且對L，VSB和VDS的依賴關系都與VT定性相似。作為一階近似，短溝道效應可以看成為ID-VGS特性曲線有一向VGS減小方向的位移（即同-ID時的VGS減小了），位移值近似等于?VT。因此，?VT可以通過測量被稱為恒定電流閥值電壓的位移來估算，該閥值電壓定義為ID/（W/L）達到某一固定的約定值時所需的VGS值。在弱反型區內取一個ID/（W/L）值，并在各種不同L，VSB和VDS值條件下，所測得的恒定電流閾值電壓示于圖5.11。這些結果所表示的特性與以前對外推閾值電壓所預計的特性定性相同。注意，雖然我們不應混滑這兩個閾值電壓，但是卻可期望它們具有相同的數值。把“閾值電壓”這一名稱不加區分地用于各種不同的量而引起的混淆，已在4.13節中討論過了。

現在讓我們來簡單地觀察一下弱反型區的電流。假定式（4.6.17）成立，如果由于短溝道效應，Vx位移了?Vx，則可知

假定?Vx=?VT，并用式（5.4.15）表示?VT，顯然在短溝道器件中，不論VDS為何值，ID將始終與VDS有關，換言之，即觀察不到ID穩定不變的現象。這一點可用實驗結果來證明。這樣，采用式（5.4.16）就可以把4.6節中的長溝道弱反型理論“推廣”到短溝道情況了。然而，假若溝道變得很短，則甚至式（5.4.16）最終也將不適用了。在這種情況下，logID的斜率變得很小，此時即使VGS顯著減小，也不能使器件充分截止。這一特性可用二維模擬來預測（也可參看5.6節中有管“穿通”效應的討論）實驗結果關“穿通”效應的討論）。實驗結果如示于圖5.12a。我們預期，增加NA應有可能消除因溝道很短而引起的不良特性，因為增加NA，如式（5.4.5）所預計的那樣，可使源、漏耗盡區的寬度減小。

把NA增至10倍，確實得到如圖5.12b所示的結果，這里還值得指出，對于長溝道器件（7μm）曲線，電流與VDS無關，這正和按長溝道理論對弱反型在VDS>3Фt時所預期的結果一樣。然而，對于溝道長度較短的器件的曲線，電流對VDS的依賴性是很明顯的，這和式（5.4.14）或（5.4.15）所預期的一樣。

通過相當復雜的計算，建立一種能連續地描述所有工作區內漏端電流的短溝道模型也是有可能的。

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