Снижение дренажного барьера - Википедия - Drain-induced barrier lowering

По мере уменьшения длины канала барьер φ_B преодоление электроном от истока на пути к стоку уменьшает

Снижение дренажного барьера (DIBL) это эффект короткого канала в МОП-транзисторы первоначально имея в виду сокращение пороговое напряжение из транзистор при более высоких напряжениях стока. полевой транзистор с длинным каналом узкое место в формировании канала происходит достаточно далеко от контакта стока, чтобы оно было электростатически экранировано от стока за счет комбинации подложки и затвора, и поэтому классически пороговое напряжение В устройствах с коротким каналом это уже не так: сток расположен достаточно близко, чтобы закрыть канал, поэтому высокое напряжение стока может открыть узкое место и преждевременно включить транзистор.

Причину снижения порога можно понять как следствие зарядовой нейтральности: модель разделения заряда Яу.^[1] Комбинированный заряд в область истощения Уравновешивается тремя зарядами электрода: затвором, истоком и стоком. По мере увеличения напряжения стока область истощения из p-n переход между сливом и корпусом увеличивается в размере и проходит под затвором, поэтому слив принимает на себя большую часть нагрузки по уравновешиванию заряда области истощения, оставляя меньшую нагрузку на затвор. В результате заряд, присутствующий на затворе, сохраняет баланс заряда за счет привлечения большего количества носителей в канал, что эквивалентно снижению порогового напряжения устройства.

Фактически канал становится более привлекательным для электронов. Другими словами, потенциальный энергетический барьер для электронов в канале понижается. Поэтому для описания этих явлений используется термин «снижение барьера». К сожалению, нелегко получить точные аналитические результаты, используя концепцию снижения барьеров.

Снижение барьера увеличивается по мере уменьшения длины канала, даже при нулевом смещении стока, поскольку исток и сток образуют pn переходы с телом, и, таким образом, имеют связанные с ними встроенные слои истощения, которые становятся важными партнерами в балансе заряда при коротких длинах каналов, даже без применения обратного смещения для увеличения ширина истощения.

Однако термин DIBL расширился за пределы понятия простой настройки порога и относится к ряду эффектов напряжения стока на MOSFET. I-V кривые, выходящие за рамки описания простых изменений порогового напряжения, как описано ниже.

По мере уменьшения длины канала влияние DIBL в подпороговая область (слабая инверсия) сначала проявляется как простое преобразование кривой подпорогового тока в зависимости от смещения затвора с изменением напряжения стока, которое можно смоделировать как простое изменение порогового напряжения со смещением стока. Однако на более коротких длинах наклон кривой зависимости тока от смещения затвора уменьшается, то есть требуется большее изменение смещения затвора, чтобы вызвать такое же изменение тока стока. При очень малой длине ворота полностью не отключают устройство. Эти эффекты нельзя моделировать как корректировку порога.^[2]

DIBL также влияет на кривую смещения тока от стока в активный режим, вызывая увеличение тока со смещением стока, что снижает выходное сопротивление полевого МОП-транзистора. Это увеличение является дополнительным к нормальному модуляция длины канала влияет на выходное сопротивление и не всегда может быть смоделировано как регулировка порога.

На практике DIBL можно рассчитать следующим образом:

{ displaystyle mathrm {DIBL} = - { frac {V_ {Th} ^ {DD} -V_ {Th} ^ { mathrm {low}}} {V_ {DD} -V_ {D} ^ { mathrm {низкий} }}},}

куда ${ displaystyle V_ {Th} ^ {DD}}$ или Vtsat - пороговое напряжение, измеренное при напряжении питания (высокое напряжение стока), и ${ displaystyle V_ {Th} ^ { mathrm {low}}}$ или Vtlin - пороговое напряжение, измеренное при очень низком напряжении стока, обычно 0,05 В или 0,1 В. ${ displaystyle V_ {DD}}$ - напряжение питания (высокое напряжение стока) и ${ displaystyle V_ {D} ^ { mathrm {low}}}$ - низкое напряжение стока (для линейной части ВАХ устройства). Минус в начале формулы обеспечивает положительное значение DIBL. Это потому, что высокое пороговое напряжение стока, ${ displaystyle V_ {Th} ^ {DD}}$ , всегда меньше, чем пороговое напряжение низкого стока, ${ displaystyle V_ {Th} ^ { mathrm {low}}}$ . Типичными единицами измерения DIBL являются мВ / В.