【技术专辑】MOSFET沟道长度调制

本技术简介描述了通道长度调制及其如何影响MOSFET电流 - 电压特性。

 

支持信息

 

•绝缘栅场效应晶体管(MOSFET)

 

(注:本文通过解决仅NMOS晶体管简化了讨论;所述信息适用于PMOS器件,以及,具有典型的修饰,例如,V TH是负的,V GS <V TH离开截止区,μ p代替μ ñ。)

 

MOSFET电路的分析基于三种可能的工作模式:截止,三极管(也称为线性)和饱和。(亚阈值区域是第四种模式,但我们不需要为本文担心。)

 

在截止中,栅极 - 源极电压不大于阈值电压,并且MOSFET无效。

 

在三极管中,栅极 - 源极电压足够高以允许电流从漏极流向源极,并且感应沟道的性质使得漏极电流的大小受到栅极 - 源极电压的影响。漏极 - 源极电压。随着漏极 - 源极电压的增加,三极管区域转变为饱和区域,其中漏极电流(理想情况下)与漏极 - 源极电压无关,因此仅受FET和栅极的物理特性的影响 - 到源电压。

 

栅极 - 源极电压(V GS)和漏极电流(I D)之间的饱和区域关系表示如下:

 

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转换到饱和模式的原因是通道在漏极端被“夹断”:

 

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不幸的是,“夹断”并不是漏极 - 源极电压施加的影响的结束。进一步增加继续影响通道,因为夹断点移近源:

 

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通道的电阻与其宽长比成正比; 减小长度会导致电阻降低,从而导致更高的电流。因此,沟道长度调制意味着随着漏极 - 源极电压的增加,饱和区域漏极电流将略微增加。

 

因此,我们需要修改饱和区域漏极电流表达式以考虑通道长度调制。我们通过将增量通道长度缩减合并到原始表达式中来实现此目的:

 

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(注意减法将如何减小W / L项的分母,从而导致更高的电流。)假设增量变化远小于物理通道的长度(即源区和漏区之间的距离) ,我们可以重新排列如下:

 

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现在我们只需要提出一个参数来说明某种半导体工艺技术如何响应漏极 - 源极电压的变化。我们怎么称呼这个参数lambda(λ),这样

 

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这为我们提供了符合通道长度调制的饱和区漏极电流表达式:

 

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您可能还会看到以下变体:

 

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这种修改的漏极电流表达式是一阶近似,对于沟道长度大于例如2μm的FET而言相当准确。随着信道长度减小,所谓的“短信道效应”变得更有影响,因此上述表达(不考虑短信道效应)变得不太有效。

 

还要注意,上述表达式包含ΔL远小于L的假设; 对于较短的信道长度,这种假设变得不那么合理,事实上,研究人员开发了一种更复杂的信道长度调制模型,用于涉及现代短信道设备的模拟。

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发布日期:2019年03月04日  所属分类:参考设计