Модуляция длины канала - Channel length modulation

Поперечное сечение полевого МОП-транзистора, работающего в области насыщения

Один из нескольких короткоканальные эффекты в Масштабирование MOSFET, модуляция длины канала (CLM) является сокращением длины области перевернутого канала с увеличением смещения стока для больших смещений стока. Результатом CLM является увеличение тока со смещением стока и уменьшение выходного сопротивления. Модуляция длины канала происходит во всех полевые транзисторы, не просто МОП-транзисторы.

Чтобы понять эффект, сначала понятие отщипнуть канала. Канал формируется за счет притяжения носителей к затвору, и ток, протекающий через канал, почти не зависит от напряжения стока в режиме насыщения. Однако возле водостока ворота и слить совместно определить картину электрического поля. Вместо того, чтобы течь по каналу, за точкой отсечки носители текут по подповерхностной структуре, что стало возможным, потому что сток и затвор управляют током. На рисунке справа канал обозначен пунктирной линией и становится слабее по мере приближения к стоку, оставляя зазор из неинвертированного кремния между концом сформированного инверсионного слоя и стоком ( отщипнуть область, край).

По мере увеличения напряжения стока его контроль над током распространяется дальше по направлению к истоку, поэтому неинвертированная область расширяется по направлению к истоку, сокращая длину области канала, эффект, называемый модуляция длины канала. Поскольку сопротивление пропорционально длине, укорочение канала снижает его сопротивление, вызывая увеличение тока с увеличением смещения стока для МОП-транзистор работает в режиме насыщения. Эффект тем сильнее, чем короче расстояние между истоком и стоком, чем глубже дренажный переход, и тем толще оксидный изолятор.

В области слабой инверсии влияние стока, аналогичное модуляции длины канала, приводит к ухудшению характеристик выключения устройства, известному как снижение барьера, вызванное дренажем сток вызывает снижение порогового напряжения.

В биполярных устройствах подобное увеличение тока наблюдается с увеличением напряжения коллектора из-за сужения базы, известного как Ранний эффект. Сходство в действии на ток привело к использованию термина «ранний эффект» для полевых МОП-транзисторов в качестве альтернативного названия для «модуляции длины канала».

Модель Шичмана – Ходжеса

В учебниках модуляция длины канала в активный режим обычно описывается с использованием модели Шичмана – Ходжеса, точной только для старых технологий:^[1]где ${\displaystyle I_{D}}$ = ток стока, ${\displaystyle K'_{n}}$ = технологический параметр, иногда называемый коэффициентом крутизны, W, L = Ширина и длина полевого МОП-транзистора, ${\displaystyle V_{GS}}$ = напряжение затвор-исток, ${\displaystyle V_{th}}$ =пороговое напряжение, ${\displaystyle V_{DS}}$ = напряжение сток-исток, ${\displaystyle V_{DS,sat}=V_{GS}-V_{th}}$, а λ = модуляция длины канала параметр. В классической модели Шичмана – Ходжеса ${\displaystyle V_{th}}$ постоянная устройства, которая отражает реальность транзисторов с длинными каналами.

Выходное сопротивление

Модуляция длины канала важна, потому что она определяет MOSFET выходное сопротивление, важный параметр в схемотехнике текущие зеркала и усилители.

В модели Шичмана-Ходжеса, использованной выше, выходное сопротивление определяется как:

${\displaystyle {\begin{aligned}r_{O}&={\frac {1+\lambda V_{DS}}{\lambda I_{D}}}\\&={\frac {1}{I_{D}}}\left({\frac {1}{\lambda }}+V_{DS}\right)\\&={\frac {V_{E}L/{\Delta L}+V_{DS}}{I_{D}}}\end{aligned}}}$

где ${\displaystyle V_{DS}}$ = напряжение сток-исток, ${\displaystyle I_{D}}$ = ток стока и ${\displaystyle \lambda }$ = параметр модуляции длины канала. Без модуляции длины канала (при λ = 0) выходное сопротивление бесконечно. Параметр модуляции длины канала обычно считается обратно пропорциональным длине канала MOSFET. L, как показано в последней форме выше для р_О:^[2]

${\displaystyle \lambda \approx {\frac {\Delta L}{V_{E}L}}}$,

где V_E является подгоночным параметром, хотя по концепции он похож на Раннее напряжение для БЮТ. Для 65 нм процесс, примерно V_E ≈ 4 В / мкм.^[2] (В модели EKV используется более сложный подход.^[3]). Однако до сих пор не использовалась простая формула для λ, которая дает точную зависимость от длины или напряжения. р_О для современных устройств, вынуждая использовать компьютерные модели, как кратко обсуждается ниже.

Влияние модуляции длины канала на выходное сопротивление полевого МОП-транзистора зависит как от устройства, особенно от длины его канала, так и от приложенного смещения. Основным фактором, влияющим на выходное сопротивление в более длинных полевых МОП-транзисторах, является модуляция длины канала, как только что описано. В более коротких полевых МОП-транзисторах возникают дополнительные факторы, такие как: снижение барьера, вызванное дренажем (что снижает пороговое напряжение, увеличивает ток и уменьшает выходное сопротивление), насыщение скорости (который имеет тенденцию ограничивать увеличение тока канала с напряжением стока, тем самым увеличивая выходное сопротивление) и баллистический транспорт (который изменяет сбор тока стоком и изменяет снижение барьера, вызванное дренажем для увеличения подачи носителей в область отсечки, увеличивая ток и уменьшая выходное сопротивление). Опять же, точные результаты требуют компьютерные модели.

Ссылки и примечания

1. "Отчет NanoDotTek NDT14-08-2007, 12 августа 2007 г." (PDF). NanoDotTek. Архивировано из оригинал (PDF) 17 июня 2012 г.. Получено 23 марта 2015.
2. В. М. С. Сансен (2006). Основы аналогового дизайна. Дордрехт: Спрингер. стр. §0124, стр. 13. ISBN  0-387-25746-2.
3. Тронд Иттердал; Юхуа Ченг; Тор А. Фьелдли (2003). Моделирование устройств для проектирования аналоговых и радиочастотных КМОП схем. Нью-Йорк: Вили. п. 212. ISBN  0-471-49869-6.

внешние ссылки

• Что такое модуляция длины канала? - OnMyPhD
• Модуляция длины канала MOSFET - Техническое описание

Смотрите также

• Пороговое напряжение
• Эффект короткого канала
• Снижение дренажного барьера
• MOSFET операция
• Модель Hybrid-pi
• Модели транзисторов