MOS晶體管窄溝道器件作用和特性分析

一個器件沿其溝道寬度方向的截面示于圖5-13a。為簡單起見，此圖畫得非常理想化。個實際器件的溝道截面因某些制造工藝看上去可能如圖5.13b。一層厚氧化物漸漸地變薄，形成了如圖所示的被稱為“鳥咀”的特征形狀。

從兩幅圖中都可看出，耗盡區并不正好限于薄氧化層下面的區域內。這是因為從柵電荷出發的場強線有一些終止在溝道兩側的電離受主上。這些場強線構成了所謂邊緣場。如果W較大，則耗盡區的兩側部分占總耗盡區體積的百分數較小，因而可以忽略，然而，當W值只有幾個微米時，兩側部分占總體積的百分數就變大了。與短溝道情況相反，現在柵要負責耗盡一個大于第4章的理論所預計的區域（在這一討論中，假設是長溝道情況）。于是，為了在反型層形成之前，耗盡那樣體積的一個區域，VGS必須更大，因而VM、VH和VT必須用較大的“有效量”來代替。另外，當VS保持恒定時，增加VSB會使柵下和兩側部分內的lQBl增加；因而體效應將比寬溝道情況時更為顯著。再假設VDS=0，并采用與上一分節中用過的類似的經驗方法，于是就可使用有效耗盡區電荷這個最。這樣便可得出有效閾值電壓如下：

此式與式（5.4.2b）對應，只是這里的大于1。這樣，與式（5.4.1b）給定的既長又寬之溝道的閾值電壓VT相比，這里的閾值電壓有一增量：

其中

用于對進行經驗估算的方法之一是采用圖5.13a所示的簡化圖形，并假設耗盡區的兩側部分具有四分之一圓的截面。若VDS小到可以忽略，這種方法給出

其中ι是耗盡區的深度，由式（5.4.5）給定，并在正常情況下a₃=1。通常，a₃已經作為一個引入的經驗參數，調整a₃可獲得最佳一致。比較一下圖5.13中的簡化圖和“實際”圖可知，這種經驗的調整顯然是必要的。把式（5.4.20）和（5.4.5）代入式（5：4.17），可得相應的有效閥值電壓：

再把上式和式（5.4.1b）代入（5.4.18），并用及，則有

這一公式與前面的直覺圖是一致的。對于1微米數量級的溝道寬度，?VT1的典型值是零點幾伏。?VT1，這個量并未包括對VSB的全部依賴關系。必須首先找出在已知VSB值時寬溝道情況下的VT值，然后再加上?VT1。請注意，在窄溝道器件中，?VT1表示一個增加量，而在短溝道器件討論中，?VT1表示一個減少量。窄溝道和短溝道器件的相反特性表示在圖5.14，5.15和5.16中。對于小W（但是大L）的器件，通常假設VT值與VDS無關。[如果按照上面的論述，勢必預計VT會隨VDS的增加而增加，但是作者知道，還沒有關于這種結果的實驗證明。]

若W不太小，則上述分析方法可能給出滿意的結果，這要視具體制造工藝而定。但是，對于某些器件可觀察到，若要與實驗結果一致，像上面那樣只用有效閾值電壓去代替VT是不夠的，另外還必須用“有效溝   小W道寬度”去代替W。遺憾的是，為了估算，還必須或者采用測量方法，或者求助于二維模擬，且這種二維模擬還必須包括所謂“溝道-阻斷”區的細節?？梢远ㄐ缘赜^察到兩種效應：（1）隨柵壓的增加，趨于增大。因為這時圖5.13溝道的反型部分勢必變寬。（2）隨VSB的增加，趨于減小。這是因為正如二維模擬（計及溝道-阻斷區域）指出的，耗盡區的底部邊界實際上呈圓弧形，因而圖5.13b中只有在靠近溝道的中心處半導體內的場強線才是垂直于表面的，在靠近兩側處，場強線向旁邊彎曲。在這些情況下，中心兩側的反型層的反型程度比預期的弱，或者反型層實際上同時消失。隨著VSB的增加，引起  減小這種效應變得更加嚴重，對于某些制造工藝來說，這種現象可能十分顯著。

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