Date post: | 01-May-2015 |
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Fisica dei transistor MOS a canale sub-micrometrico
• Corrente di sotto-soglia• Saturazione della velocita' di deriva• Modulazione della velocita' di deriva• Effetti di canale corto: diminuzione di VT con LG
• Effetti di canale stretto: aumento di VT al diminuire di W
• Degradazione dovuta a elettroni caldi• Corrente di substrato e breakdown del MOSFET
Scaling delle dimensioni del MOSFETEvoluzione della struttura del MOSFET con LG<0.25 m
tensione di soglia forte inversione
in sottosoglia, Qn dipende dal potenziale superficiale in modo circa esponenziale:
Correnti di sottosoglia
QkT
qq N q
kTns a
s p
s p
LNMM
OQPP2
2
exp
e j
Correnti di sottosoglia
11
22
Cq N
ox
s a
p
QkT
qq N qV V V y V
kTns a
p
G T C S L
NMM
OQPP2
2
exp( )b g
In sottosoglia, le correnti di diffusione prevalgono su quelle di drift
IkTWQ V
qL
qV
kTDstno n s DS
FHG
IKJ
LNM
OQP
( )exp1
in sottosoglia il transistor MOSFET approssima il transistor bipolare ! ! !
Correnti di sottosoglia
IDst~ exp(VGS) - attraverso Qn; indipendente da VDS per VDS>> kT
Drain Induced Barrier Lowering (DIBL)
abbassamento della barriera al source per effetto della tensione di drain
Saturazione della velocita' vE
E E
o y
y c
FH IK
11
//
V E LV V
E L
IC W
L V E LV V V
V
Dsat cG T
c
Dno ox
DS cG T DS
DS
F
HGIKJ
LNMM
OQPP
LNM
OQP
12
1
1 2
1 2
2
b g/
( )( )
Effetti della saturazione della velocita':
•variazione meno che lineare di VDsat con VG-VT
•variazione ancora quadratica di IDsat con VDsat
•corrente piu' bassa che nel modello al primo ordine
Effetto della saturazione della velocita'
sperimentale modello con vsat
modello con costante
Effetto del campo elettrico normale al canale
o
s
o
ox G C
s ox
E V V
x
11
L
NMOQP
b g b g
IC W
L V E L VV V V
VD
no ox
DS c GSG T DS
DS
LNM
OQP
( )
( )1 2
2
Modello del MOS del secondo ordine
Lunghezza effettiva di canale
Riduzione della tensione di soglia nei MOS a canale corto
•VT diminuisce perche' le giunzioni di source e drain "contribuiscono" a creare la regione di svuotamento
Q qx WNL L
fQ
Q
r
L
x
r
V V Vf
CqN V V
d d a
d
d
j d
j
T FB p Sox
s A p S B
11
1
2
1 12
1 1
2 2 2
FHG
IKJ
max
max
e j
Effetti di canale stretto
Q qN WLxx
W
VqN x
C W
dT A dd
TA d
ox
FHG
IKJ
maxmax
max
12
2
2
Effetti di canale stretto
Effetti dovuti ai portatori "caldi"
Breakdown del MOSFET
Punch-through dei MOSFET a canale corto
Scaling della tensione di soglia dei MOSFET