Снижение барьера, вызванное дренажом

Снижение барьера, вызванное стоком ( DIBL ), представляет собой эффект короткого канала в МОП-транзисторах первоначально относящийся к снижению порогового напряжения транзистора , при более высоких напряжениях стока. В классическом планарном полевом транзисторе с длинным каналом узкое место в формировании канала происходит достаточно далеко от контакта стока, чтобы он был электростатически экранирован от стока комбинацией подложки и затвора, и поэтому в классическом случае пороговое напряжение было независимым. напряжения стока. В устройствах с коротким каналом это уже не так: сток расположен достаточно близко, чтобы затворить канал, поэтому высокое напряжение на стоке может открыть узкое место и преждевременно включить транзистор.

Природу снижения порога можно понять как следствие зарядовой нейтральности: модели Яу распределения заряда. ^[1] Объединенный заряд в области обеднения устройства и в канале устройства уравновешивается тремя электродными зарядами: затвором, истоком и стоком. По мере увеличения напряжения на стоке обедненная область между pn-перехода стоком и телом увеличивается в размерах и простирается под затвор, поэтому сток принимает на себя большую часть нагрузки по балансировке заряда в обедненной области, 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.

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

Снижение барьера увеличивается по мере уменьшения длины канала, даже при нулевом приложенном 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 на коротком канале. длины, даже без применения обратного смещения для увеличения ширины истощения .

Однако термин DIBL вышел за рамки понятия простой регулировки порога и относится к ряду эффектов напряжения стока на кривые MOSFET IV , которые выходят за рамки описания с точки зрения простых изменений порогового напряжения, как описано ниже.

По мере уменьшения длины канала эффекты DIBL в подпороговой области (слабая инверсия) первоначально проявляются как простой сдвиг подпорогового тока в зависимости от кривой смещения затвора с изменением напряжения стока, которое можно смоделировать как простое изменение пороговое напряжение со смещением стока. Однако при 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. На очень коротких длинах ворота полностью не могут отключить устройство. Эти эффекты не могут быть смоделированы как корректировка порога. ^[2]

DIBL также влияет на кривую смещения тока в зависимости от смещения стока в активном режиме , вызывая увеличение тока при смещении стока, снижая выходное сопротивление MOSFET. Это увеличение является дополнительным к обычному эффекту модуляции длины канала на выходное сопротивление и не всегда может быть смоделировано как регулировка порога.

На практике DIBL можно рассчитать следующим образом:

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

где $V_{Th}^{DD}$ или Vtsat — пороговое напряжение, измеренное при напряжении питания (высоком напряжении стока), и $V_{Th}^{\mathrm {low} }$ или Vtlin — пороговое напряжение, измеренное при очень низком напряжении стока, обычно 0,05 В или 0,1 В. $V_{DD}$ - напряжение питания (высокое напряжение стока) и $V_{D}^{\mathrm {low} }$ – низкое напряжение стока (для линейной части ВАХ устройства). Минус в начале формулы обеспечивает положительное значение DIBL. Это связано с высоким пороговым напряжением стока, $V_{Th}^{DD}$ , всегда меньше нижнего порогового напряжения стока, $V_{Th}^{\mathrm {low} }$ . Типичными единицами измерения DIBL являются мВ/В.