MOSFET按比例减少MOSFET尺寸的缩减在一开端即为一持续的趋向．在集成电路中，较小的器件尺寸可到达较高的器件密度，此外，较短的沟道长度町改善驱动电流（ID~1/L）以及工作时的特性，但是，由于电(dian)子器件(jian)尺寸的(de)缩减，沟(gou)道(dao)边(bian)缘（如源极、漏极及绝缘区(qu)边(bian)缘）的(de)扰动将变(bian)得愈加(jia)重要，因而(er)器件的(de)特性将不(bu)再恪守长(zhang)沟(gou)道(dao)近(jin)似(long channel approximation)的(de)假定(ding)．

6.3.1  短沟(gou)道效应(short-channel effect)式(45)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)阈值电(dian)(dian)压是(shi)基于6.2，l节中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)突变沟(gou)道近似(si)推导得出的(de)(de)(de)，也(ye)即衬底耗尽(jin)区内的(de)(de)(de)电(dian)(dian)荷(he)仅由栅极电(dian)(dian)压产(chan)生的(de)(de)(de)电(dian)(dian)场所(suo)感(gan)应出．换(huan)言之，式(45)中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)第(di)三项与(yu)(yu)源极到漏(lou)极间的(de)(de)(de)横向(xiang)电(dian)(dian)场无关．但是(shi)随着(zhe)沟(gou)道长(zhang)度的(de)(de)(de)缩减，源极与(yu)(yu)漏(lou)极问的(de)(de)(de)电(dian)(dian)场将会影响(xiang)电(dian)(dian)荷(he)散布、阈值电(dian)(dian)压控(kong)制以及器件漏(lou)电(dian)(dian)等器件特性，

一、线性区中的阈值电压

当沟道的边缘效应变得不可疏忽时，随着沟道的缩减，n沟道MOSFET的阈值电压通常会变得不像原先那么正，而关于p沟(gou)道MOSFET而言，则不像原先那么(me)负(fu)，图(tu)6.23显现了(le)在(zai)VDS=o．05V时VT下跌(die)的(de)(de)(de)现象．阈值(zhi)电压(ya)F跌(die)可用如(ru)图(tu)6.24所示的(de)(de)(de)电荷(he)共享(chargesharing)模型(xing)来加以解(jie)释，此图(tu)为一个(ge)n沟(gou)道(dao)MOSFET的(de)(de)(de)剖(pou)面图(tu)，且器件工作在(zai)线(xian)性区(qu)(VDs≤o．1V)，因而漏极(ji)(ji)结的(de)(de)(de)耗尽区(qu)宽度简直与源极(ji)(ji)结相同(tong)．由于沟(gou)道(dao)的(de)(de)(de)耗尽区(qu)与源极(ji)(ji)和(he)漏极(ji)(ji)的(de)(de)(de)耗尽区(qu)堆叠，由栅极(ji)(ji)偏压(ya)产生的(de)(de)(de)电场所感应生成的(de)(de)(de)电荷(he)可用这梯形区(qu)域(yu)来近(jin)似(si)同(tong)等．

阈值电(dian)压(ya)漂(piao)移量AVT是由(you)于(yu)耗尽区由(you)长方形LXWm变为梯形(L+L‘) Wm/2，而使得电(dian)荷减少(shao)所形成的(de)．△VT为（参考习题27）：

其中NA为衬底的掺杂浓度．wm为耗尽区宽度，ri为结深度，L为沟道长度，而C。为每单位面积的栅极氧化层电容.

对长沟道器件而言，由于△（图6.24）远小于L，所以电荷减少量较小，但是关于短沟道器件而言，由于厶与L相仿，所以导通器件所需的电荷将大幅公开降，由式(47)可知，对给定一组已知的NA、Wm、ri以及Co，阈值电压将随沟道长度的缩减而下降．

二(er)、漏场感应(ying)势(shi)垒降落

当短沟道MOSFET的漏极电压由线性区增至饱和区时，其阈值电压下跌将更严重（如图6.23所示）．此效应称为舞场感应势垒降落．数个不同沟道长度的n沟道器件的源极与漏极间(jian)的(de)外表(biao)电(dian)(dian)势(shi)如图6.25所示(shi)，点线为(wei)VDS=o，实线为(wei)VDS>o．当栅极(ji)电(dian)(dian)压小(xiao)于(yu)VT时，p—型硅衬底在n+源(yuan)(yuan)极(ji)与(yu)(yu)漏(lou)极(ji)问(wen)构成(cheng)一(yi)势(shi)垒(lei)，并限制(zhi)电(dian)(dian)子(zi)流由源(yuan)(yuan)极(ji)流向漏(lou)极(ji)．对工(gong)作在饱和区(qu)(qu)的(de)器件(jian)而(er)(er)言，漏(lou)极(ji)结的(de)耗尽区(qu)(qu)宽度(du)远(yuan)大于(yu)源(yuan)(yuan)极(ji)结，在长(zhang)沟道(dao)的(de)例(li)子(zi)中，增(zeng)加(jia)漏(lou)极(ji)结耗尽区(qu)(qu)宽度(du)并不会(hui)影响势(shi)垒(lei)高(gao)度(du)（参阅图6.25中lμm的(de)例(li)子(zi)）．但当沟道(dao)长(zhang)度(du)足够短(duan)时，漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)压的(de)增(zeng)加(jia)将减小(xiao)势(shi)垒(lei)高(gao)度(du)（图6.25中o.3μm与(yu)(yu)o.5μm的(de)例(li)子(zi)），此归因(yin)于(yu)漏(lou)极(ji)与(yu)(yu)源(yuan)(yuan)极(ji)太接近所形成(cheng)的(de)外表(biao)区(qu)(qu)的(de)电(dian)(dian)场浸(jin)透，此势(shi)牟降(jiang)(jiang)低效应会(hui)招致(zhi)电(dian)(dian)子(zi)由源(yuan)(yuan)极(ji)注入(ru)漏(lou)极(ji)，形成(cheng)亚阈值电(dian)(dian)流的(de)增(zeng)加(jia)．因(yin)而(er)(er)在短(duan)沟道(dao)器件(jian)中，阂值电(dian)(dian)压会(hui)随漏(lou)极(ji)电(dian)(dian)压增(zeng)加(jia)而(er)(er)降(jiang)(jiang)低.

图6.26描绘在高与低的漏极偏压条件下，长与短沟道的n沟道MOSFET的亚阈值特性．随着漏极电压的增加，短沟道器件中亚阈值电流的平行位移[图6.26(b)]显现有显著DIBI．效应存在，

三、本体(ti)穿通(tong)

DIBL形(xing)(xing)成在Si02/Si的(de)(de)(de)(de)界面构(gou)成漏(lou)(lou)(lou)电(dian)(dian)途(tu)径，当(dang)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压足(zu)够大时(shi)，可(ke)能也会(hui)有显著(zhu)的(de)(de)(de)(de)漏(lou)(lou)(lou)电(dian)(dian)流由(you)源(yuan)极(ji)(ji)(ji)经短(duan)(duan)沟(gou)(gou)道MOSFET的(de)(de)(de)(de)本体流至漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)，此(ci)也可(ke)归因于漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)结(jie)耗尽区的(de)(de)(de)(de)宽度会(hui)随着漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压增(zeng)加而(er)扩(kuo)张．在短(duan)(duan)沟(gou)(gou)道的(de)(de)(de)(de)MOSFET中(zhong)，源(yuan)极(ji)(ji)(ji)结(jie)与漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)结(jie)耗尽区宽度的(de)(de)(de)(de)总和与沟(gou)(gou)道长度相(xiang)当(dang)．当(dang)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压增(zeng)加时(shi)，漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)结(jie)的(de)(de)(de)(de)耗尽区逐(zhu)步与源(yuan)极(ji)(ji)(ji)分(fen)离并，因而(er)大量的(de)(de)(de)(de)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)流可(ke)能会(hui)由(you)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)经本体流向源(yuan)极(ji)(ji)(ji)。图6.27为短(duan)(duan)沟(gou)(gou)道MOSFET（L=0.23μm)的(de)(de)(de)(de)亚(ya)阈值特性．当(dang)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压由(you)0.1V增(zeng)加至IV时(shi)，DIBL所形(xing)(xing)成亚(ya)阈值特性的(de)(de)(de)(de)平(ping)行位移(yi)如图6，26(b)所示；而(er)当(dang)漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)压再(zai)增(zeng)加至4v时(shi)，其亚(ya)阈值摆(bai)幅将远大于低漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)偏压时(shi)的(de)(de)(de)(de)值，因而(er)，器(qi)件(jian)将会(hui)有十(shi)分(fen)高(gao)的(de)(de)(de)(de)漏(lou)(lou)(lou)电(dian)(dian)流，这也显现出本体穿通(tong)效(xiao)应相(xiang)当(dang)显著(zhu)，栅极(ji)(ji)(ji)不(bu)再(zai)可(ke)以将器(qi)件(jian)完整关闭，且无法控(kong)制漏(lou)(lou)(lou)极(ji)(ji)(ji)电(dian)(dian)流，高(gao)漏(lou)(lou)(lou)电(dian)(dian)流将限制短(duan)(duan)沟(gou)(gou)道MOSFET器(qi)件(jian)的(de)(de)(de)(de)工作

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