Уменьшение порогового напряжения

В длинноканальных МОПТ пороговое напряжение U_порне зависит от длины канала, а определяется, в основном, толщиной подзатворного окисла d_оки концентрацией примеси в подложке N_п (N_адля n-канальных). Для коротких и узких каналов существенную роль начинают играть краевые эффекты. Часть силовых линий от затвора уходят на край и/или на другие электроды. В этом случае заряд в канале и, соответственно, пороговое напряжение становится глобальной характеристикой всего транзистора U_пор=f(d_ок, N_а, L,R_j), т.е. зависит также от длины канала L и от глубины залегания истока и стокаRj.

Условие электронейтральности приборов в равенстве удельных зарядов затвора с одной стороны, обедненного слоя и канала с другой стороны (Кл/см²), т.е.

Условие электронейтральности для короткоканальных приборов выражается в равенствеполных (интегральных) зарядов (Кл). При этом нужно учитывать, что часть заряда обедненного слоя Qо.с.нейтрализуется зарядом ОПЗ истока и стока (Qи+Qс)ОПЗ

Известно, что величину порогового напряжения можно записать, как:

(4.54)

В короткоканальном транзисторе часть отрицательного заряда ОПЗ подложки компенсируется не только зарядом на затворе, но и положительным зарядом в стоке и истоке (рис.4.22, а), уменьшая тем самым заряд обедненного слоя, контролируемого затвором, т.е. величину U_пор.

В первом приближении величину U_пор короткоканального прибора при учете только геометрического фактора можно оценить, используя простые геоментрические соображения (рис.4.22, б). Считаем, что заряд обедненного слоя Q_о.с.ЭФ равен заряду ионезированныхпримесей в трапециодальной области под затвором:

Qо.с.ЭФ= Z ,

(4.55)

Где - удельный заряд обедненного слоя, Z–ширина канала, Lи L₁– длины каналов по поверхности и объему, соответственно (см. рис.4.22, б)

Отсюда приведенная длина канала становится равной

(4.56)

И в соответствии с (4.56) пороговое напряжение можно записать как:

(4.57)

Из (4.57) следует, что величина порогового напряжения снижается с уменьшением длины канала.

С учетом влияния напряжения на стоке (рис.4.22, в) сдвиг «физически и электрически» короткоканального транзистора по отношению к длинноканальному можно записать как:

(4.58)

где ,

Здесь - поверхностный потенциал, а

а)

б)

в)

Рисунок 4.22 – Модель принципа электронейтральности при рассмотрениикороткоканальных эффектов: а) схематическое представление разделения активной области ОПЗ (заштриховано) на части 1,2 и3: 1 – обедненная затвором, 2 – обедненная истоком, 3 – обедненная стоком; б) схема, поясняющая процедуру приближенного решения для нахождения величины порогового напряжения; в) учет влияния напряжения стока