第八章-MOS场效应晶体管课件.ppt

1、 又称为又称为“金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应晶体半导体场效应晶体管管”,绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管的一种的一种，简称为，简称为 MOSFET，但现但现在在 MOSFET 的栅电极实际上不一定是金属。的栅电极实际上不一定是金属。有关器件的分类：有关器件的分类：FETJ-FETMESFETMOSFETN沟道沟道MOSFETP沟道沟道MOSFETMOSFET的优点：的优点：输入阻抗高输入阻抗高 温度稳定性好。温度稳定性好。噪声小。噪声小。大电流特性好。大电流特性好。无少子存贮效应，开关速度高。无少子存贮效应，开关速度高。制造工艺简单。制造工艺简单。各管之间存在天然隔离，适宜于制作各

2、管之间存在天然隔离，适宜于制作 VLSI。1、MOSFET的基本结构的基本结构以以N 沟道为例。沟道为例。2、MOSFET的工作原理的工作原理 当当 VGS VT 时，栅下的时，栅下的 P 型硅表面发生型硅表面发生强反型强反型，形成连通源区和漏区的，形成连通源区和漏区的 N 型型 沟道沟道，产生漏极电流，产生漏极电流 ID 。对于恒定的对于恒定的 VDS ，VGS 越大，则沟道中的可移动电子就越多，越大，则沟道中的可移动电子就越多，沟道电阻就越小，沟道电阻就越小，ID 就越大。就越大。所以所以 MOSFET是通过改变是通过改变 VGS 来控制沟道的导电性，从而来控制沟道的导电性，从而控制漏极电

3、流控制漏极电流 ID ，是一种电压控制型器件。，是一种电压控制型器件。3、转移特性曲线、转移特性曲线 转移特性曲线是指转移特性曲线是指 VDS 恒定时的恒定时的 VGS ID 曲线。曲线。N 沟沟 MOSFET当：当：VT 0 时，称为时，称为 增强型增强型，为常关型。，为常关型。VT VT 且恒定时的且恒定时的VDS ID 曲线，可曲线，可分为以下分为以下 4 段：段：过渡区过渡区 随着随着VDS 的增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲的增大，漏附近的沟道变薄，沟道电阻增大，曲线逐渐下弯。当线逐渐下弯。当VDS 增大到增大到VD sat（饱和漏源电压）时，漏处的（饱和漏源电压）时，漏处的

4、可动电子消失，这称为沟道被夹断，如图中的可动电子消失，这称为沟道被夹断，如图中的AB 段所示。段所示。线性区与过渡区统称为线性区与过渡区统称为 非饱和区非饱和区，有时也统称为，有时也统称为 线性区线性区。饱和区饱和区 当当VDS VD sat 后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。后，沟道夹断点左移，漏附近只剩下耗尽区。这时这时 ID 几乎与几乎与 VDS 无关而保持常数无关而保持常数 ID sat ，曲线为水平直线，曲线为水平直线，如图中如图中 BC 段所示。段所示。实际上实际上 ID 随随 VDS 的增大而略有增大，曲线略向上翘。的增大而略有增大，曲线略向上翘。击穿区击穿区 当当VDS

5、继续增大到继续增大到 BVDS 时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源时，漏结发生雪崩击穿，或者漏源间发生穿通，间发生穿通，ID 急剧增大，如图中急剧增大，如图中 CD 段所示。段所示。将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区，将各条曲线的夹断点用虚线连接起来，虚线左侧为非饱和区，虚线右侧为饱和区。虚线右侧为饱和区。以以VGS 作为参变量，可以得到不同作为参变量，可以得到不同VGS下的下的VDS ID 曲线族，曲线族，这就是这就是 MOSFET 的输出特性曲线。的输出特性曲线。饱和区饱和区非饱和区非饱和区5、MOSFET的类型的类型 P 沟沟 MOSFET 的特性与的特性与N 沟沟 MOS

6、FET 相对称，即：相对称，即：(1)衬底为衬底为 N 型，源漏区为型，源漏区为 P+型。型。(2)VGS、VDS 的极性以及的极性以及 ID 的方向均与的方向均与 N 沟相反。沟相反。(3)沟道中的可动载流子为空穴。沟道中的可动载流子为空穴。(4)VT 0 时称为耗尽型时称为耗尽型（常开型）。（常开型）。4 种类型种类型 MOSFET 的特性曲线小结。（见的特性曲线小结。（见 p.297，图，图5-4）定义：定义：使栅下的硅表面处开始发生强反型时的栅电压称为使栅下的硅表面处开始发生强反型时的栅电压称为阈电压阈电压，记为，记为 VT 。1、MOS结构的结构的 VT 的计算方法的计算方法 本小节

7、计算本小节计算 P 型衬底型衬底 MOS 结构的结构的 VT 。定义：定义：当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子当硅表面处的少子浓度达到或超过体内的平衡多子浓度时，称为表面发生了浓度时，称为表面发生了 强反型强反型。上图中上图中:0ln1iAFiFPnNqkTEEq）（(1)理想理想 MOS 结构（金属与半导体间的功函数差结构（金属与半导体间的功函数差 ，氧化层中电荷面密度氧化层中电荷面密度 QOX=0）当）当VG=0 时的能带图时的能带图0MS称为称为 P 型衬底的费米势型衬底的费米势。上图中，上图中，称为称为 表面势表面势，即从硅表面处到硅体内平衡处的，即从硅表面处到硅体内平衡处的

8、电势差，等于能带弯曲量除以电势差，等于能带弯曲量除以 q 。COX 表示单位面积的栅氧化表示单位面积的栅氧化层电容，层电容，TOX 为氧化层厚度。为氧化层厚度。S (2)实际实际 MOS结构结构 当当VG=0 时的能带图时的能带图），（00OXMSQOXOXOXTC (3)实际实际 MOS结构当结构当 VG=VFB 时的能带图时的能带图 当当 时，时，就可以使能带恢复为平带就可以使能带恢复为平带状态，这时状态，这时 ，硅表面呈电中性。，硅表面呈电中性。VFB 称为称为 平带电压平带电压。OXOXMSFBGCQVV0S (4)实际实际 MOS结构当结构当 VG=VT 时的能带图时的能带图 要使表

9、面发生强反型，应使表面处的要使表面发生强反型，应使表面处的 ，这时，这时能带总的弯曲量是能带总的弯曲量是 。FPisFqEEFPq2FPinvSS2,此时的表面势为：此时的表面势为：外加栅电压超过外加栅电压超过 VFB 的部分（的部分（VG -VFB）称为）称为 有效栅压有效栅压。有效栅压又可分为两部分：降在氧化层上的有效栅压又可分为两部分：降在氧化层上的 VOX 与降在硅表面与降在硅表面附近的表面电势附近的表面电势 即：即：。使能带发生弯使能带发生弯曲。表面发生强反型时曲。表面发生强反型时 ，这时能带总的弯曲量，这时能带总的弯曲量是是 ，此时的表面势为：，此时的表面势为：SSOXFBGVVV

10、 SFPisFqEEFPq2FPinvSS2,作为近似，在刚开始强反型时，可忽略作为近似，在刚开始强反型时，可忽略 Qn 。QA 是是 的的函数，在开始发生强反型时，函数，在开始发生强反型时，故有：，故有：上式中，上式中，QM 和和 QS 分别表示金属一侧的分别表示金属一侧的电荷面密度和半导体一侧的电荷面密度，而电荷面密度和半导体一侧的电荷面密度，而 QS 又为耗尽层电荷又为耗尽层电荷QA 与反型层电荷与反型层电荷 Qn 之和。之和。,OXSOXMOXCQCQVS)2()(FPASAQQ 于是可得：于是可得：invSOXFBTVVV,FPOXFBTVVV2OXFPAOXCQV2FPOXFPAO

11、XOXMSTCQCQV22 再将再将 和和 代入代入OXOXMSFBCQVFPOXFBTVVV2 中，可得中，可得 MOS 结构的阈电压为：结构的阈电压为：关于关于 QA 的进一步推导在以后进行。的进一步推导在以后进行。OXFPAOXCQV2 (1)VT 一般表达式的导出一般表达式的导出 2、MOSFET的的 VT 与与 MOS 结构相比，在结构相比，在 MOSFET 中发生了以下变化：中发生了以下变化：a)栅与衬底之间的外加电压由栅与衬底之间的外加电压由VG 变为（变为（VG-VB），因此有），因此有效栅电压由（效栅电压由（VG-VFB）变为（）变为（VG-VB-VFB）。）。b)有一个反向

12、电压（有一个反向电压（VS-VB）加在源、漏及反型层的）加在源、漏及反型层的 PN结上，使之处于非平衡状态，结上，使之处于非平衡状态，EFp-EFn=q（VS-VB）。）。c)强反型开始时的表面势强反型开始时的表面势 由由 变为变为 。FP2)2(BSFPVV invS,p 以下推导以下推导 QA 的表达式。对于均匀掺杂：的表达式。对于均匀掺杂：上式中，上式中，称为，称为 体因子体因子。dAinvsAxNqQ)(,OXsACNqK212invSOXinvSAFBBTCQVVV,因此因此 MOSFET 的的 VT 一般表达式为：一般表达式为：212121,222BSFPBSFPOXsAOXinv

13、SAVVKVVCNqCQ21,2AinvSsANqNq21)2(2BSFPsAVVNq 最后可得最后可得 N 沟沟 MOSFET的的 VT 为：为：SFPBSFPOXOXMSBSFPBSFPFBBTVVVKCQVVVVKVVV22222121 注意上式中，通常注意上式中，通常 VS 0，VB VS 后，沟道内产生横向场后，沟道内产生横向场 ，从而产生漂移电流：从而产生漂移电流：dydVEydydVnqnEqjnynnbnnnDdydVQZdydVqndxZI0 上图及上式中，上图及上式中，L、Z、b(y)分别为沟道长度、沟道宽度与分别为沟道长度、沟道宽度与沟道厚度，沟道厚度，为沟道内的电子电荷

14、面密度。为沟道内的电子电荷面密度。bndxqnQ0)(b(y)yx 以下推导以下推导 Qn 。强反型后，由于沟道中产生的大量电子对来强反型后，由于沟道中产生的大量电子对来自栅电极的纵向电场起到屏蔽作用自栅电极的纵向电场起到屏蔽作用，故能带的弯曲程度几乎不，故能带的弯曲程度几乎不再随再随VG 而增大，表面势而增大，表面势 也几乎维持也几乎维持 不变。于是有：不变。于是有：SdVQLZIDSVVnnDinvS,DSVVnnLDdVQZdyI,0,dVQZdyInnD,dydVQZInnDnSAQQQ 当外加当外加 VD (VS )后，沟道中产生电势后，沟道中产生电势 V(y)，V(y)随随 y 而

15、增加，从源处的而增加，从源处的 V(0)=VS 增加到漏处的增加到漏处的 V(L)=VD 。这样这样 、xd 与与 QA 都成为都成为 y 的函数，可分别表为：的函数，可分别表为：invs,()2S invFPByVV yMAQQ OXOXACVQ,OXGBFBS invACVVVQ（）12()22()AAdsAFPBQyqN xqNVV y 122()2()sdFPBAxyVV yqN 将将 Qn 中的中的 在在 V=0 处用级数展开：处用级数展开：将上面的将上面的 和和 QA 代入沟道电子电荷面密度代入沟道电子电荷面密度 Qn 后，可后，可知知 Qn 也成为也成为 y 的函数，即：的函数，

16、即：21222)(yVVNqyVVVCyQBFPAsFPFBGOXninvs,将将 Qn 代入代入 ID 中，并经积分后可得中，并经积分后可得 ID 的表达式，但其形式的表达式，但其形式极为繁琐。在一般情况下可对上式进行简化极为繁琐。在一般情况下可对上式进行简化。21)(2yVVBFP2121212222BFPBFPBFPVVVVV 当只取一项时，当只取一项时，212122BFPBFPVVV 再若再若VS=0，VB=0 时，可将时，可将VD 写作写作 VDS ，VG 写作写作 VGS，则则 Qn 成为成为：将此将此 Qn 代入代入 I D 中，得：中，得：2021)()(DSDSTGSOXnV

17、TGSOXnDVVVVCLZdVyVVVCLZIDS2122)(2(OXFPAsFPFBGSOXCqNyVVVC)(yVVVCTGSOX 21222)(FPAsFPFBGSOXnNqyVVVCyQ 再将再将 写作写作 ，则上式成为：，则上式成为：OXnCLZ221)(DSDSTGSDVVVVI 上式表明，上式表明，ID 与与 VDS 成抛物线关系，即：成抛物线关系，即：但实际上上式只在抛物线的左半段有物理意义。但实际上上式只在抛物线的左半段有物理意义。222121)(TGSDsatDsatTGSDsatVVVVVVI 此时所对应的漏极电流称为此时所对应的漏极电流称为 饱和漏极电流饱和漏极电流

18、ID sat ：这一点正好是抛物线的顶点。所以这一点正好是抛物线的顶点。所以 VD sat 也可由令也可由令而解出。而解出。0DSDdVdITGSsatDVVV 由由 Qn 的表达式可知，在的表达式可知，在 y=L 的漏极处，的漏极处，)(DSTGSOXnVVVCLQ 可见可见|Qn(L)|是随是随VDS 增大而减小的。当增大而减小的。当VDS 增大到被称为增大到被称为饱和漏源电压饱和漏源电压 的的 VD sat 时，时，Qn(L)=0，这称为，这称为 沟道被夹断沟道被夹断。显然：显然：当当 VDS VD sat 后，最简单的处理方法是从抛物线顶点以后，最简单的处理方法是从抛物线顶点以水平方向

19、朝右延伸出去。水平方向朝右延伸出去。以不同的以不同的 VGS 作为参变量，可得到一组作为参变量，可得到一组 ID VDS 曲线，这曲线，这就是就是 MOSFET 的输出特性曲线。的输出特性曲线。对于对于 P 沟道沟道 MOSFET，可得类似的结果：，可得类似的结果：22)(2121)(TGSDsatTGSDsatDSDSTGSDVVIVVVVVVVI 上式中，上式中，OXpCLZ 以上公式虽然是近似的，但因计算简单，在许多场合得到以上公式虽然是近似的，但因计算简单，在许多场合得到广泛的应用。广泛的应用。当在当在 级数展开式中取前两项时，得：级数展开式中取前两项时，得：2121212222）（）

20、（）（FPFPFPVV212）（VFP上式中，上式中，212121)2()2(1)2(FPFPOXAsKCNq 以上公式与不对以上公式与不对 做简化的精确公式已经极为做简化的精确公式已经极为接近。接近。1)(211)1(21)(22TGSDsatTGSDsatDSDSTGSDVVIVVVVVVVI 经类似的计算后可得：经类似的计算后可得：212）（VFP 实测表明，当实测表明，当VDS VD sat 后，后，ID 随随VDS 的增大而略有增大，的增大而略有增大，也即也即 MOSFET 的增量输出电阻的增量输出电阻 不是无穷大而是不是无穷大而是一个有限的值。一个有限的值。DDSdsIVr 2、饱

21、和区、饱和区 通常采用两个模型来解释通常采用两个模型来解释 ID 的增大。的增大。当当 VDS VD sat 后，沟道中满足后，沟道中满足 V=VD sat 和和 Qn=0 的位置的位置向左移动向左移动 ，即：，即：(1)有效沟道长度调制效应有效沟道长度调制效应 已知当已知当 VDS =VD sat 时，时，V(L)=VD sat，Qn(L)=0。satDVLLV)(0)(LLQn 这意味着有效沟道长度缩短了。这意味着有效沟道长度缩短了。L的耗尽区上。根据耗尽区宽度的公式可计算出的耗尽区上。根据耗尽区宽度的公式可计算出 为：为：上，超过上，超过 VD sat 的部分的部分(VDS VD sat

22、 )则降落在长度为则降落在长度为 上图中，曲线上图中，曲线代表代表VDS VD sat 而而 。212122TGSDSAsDsatDSAsVVVqNVVqNL 此时，此时，VDS 分为两部分，其中的分为两部分，其中的 VD sat 降在有效沟道长度降在有效沟道长度 satDVLLV)()(LLLL 由于由于 ，当，当 L 缩短时，缩短时，ID 会增加。会增加。现用现用 ID sat 表示当表示当 VDS VD sat 后的漏极电流，可得：后的漏极电流，可得：LID1 当当 L 较长或较长或 NA 较大时，较大时，较小，电流的增加不明显，较小，电流的增加不明显，rds 较大较大；反之，则电流的增

23、加较明显，；反之，则电流的增加较明显，rds 较小。较小。LLLLILLLVVCLZVVCLLZIDsatTGSOXnTGSOXnDsat11)(21)(2122 对于对于L 较短及较短及NA 较小的较小的 MOSFET，当，当VDS VD sat 后，耗尽后，耗尽区宽度接近于有效沟道长度，这时从漏区发出的电力线有一部区宽度接近于有效沟道长度，这时从漏区发出的电力线有一部分终止于沟道上，使沟道电子的数量增多，从而导致电流增大。分终止于沟道上，使沟道电子的数量增多，从而导致电流增大。可以把此看作是在漏区与沟道之间存在一个电容可以把此看作是在漏区与沟道之间存在一个电容 Cd CT ，当，当VDS

24、增加增加VDS 时，沟道区的电子电荷面密度的增量为：时，沟道区的电子电荷面密度的增量为：ZLVCQDSdCTAV (2)漏区静电场对沟道的反馈作用漏区静电场对沟道的反馈作用p 本节以前的漏极电流公式只适用于本节以前的漏极电流公式只适用于 VGS VT ，并假设，并假设当当 VGS VT 时时 ID=0。但实际上当。但实际上当VGS VD sat 时的时的 ID sat ，即：，即：222)(2TTGSDSSVVVI3、MOSFET的直流参数的直流参数 (3)通导电阻通导电阻 Ron Ron 表示当表示当 MOSFET 工作于线性区，工作于线性区，VDS 很小时的沟道电很小时的沟道电阻。当阻。当

25、 VDS 很小时，很小时，ID 可表示为：可表示为：DSTGSDSDSTGSDVVVVVVVI)(21)(2)()(1TGSOXnTGSDDSonVVCZLVVIVR (4)截止漏极电流截止漏极电流 此参数只适用于增强型此参数只适用于增强型 MOSFET，表示当，表示当 VGS=0，外加，外加VDS 后的亚阈电流与后的亚阈电流与PN 结反向电流引起的微小电流。结反向电流引起的微小电流。(5)栅极电流栅极电流 表示从栅极漏过表示从栅极漏过 SiO2 层到沟道之间的电流，这个电流极小，层到沟道之间的电流，这个电流极小，通常小于通常小于 10-14 A。(a)漏漏 PN 结雪崩击穿结雪崩击穿 由于在

26、漏与栅之间存在附加电场，使由于在漏与栅之间存在附加电场，使 MOSFET的漏源击穿的漏源击穿电压远低于相同掺杂和结深的电压远低于相同掺杂和结深的PN 结雪崩击穿电压。当衬底掺杂结雪崩击穿电压。当衬底掺杂浓度小于浓度小于 1016 cm-3 后，后，BVDS 就主要取决于就主要取决于VGS 的极性、大小的极性、大小和栅氧化层的厚度和栅氧化层的厚度 Tox 。(1)漏源击穿电压漏源击穿电压 BVDS 4、MOSFET 的击穿电压的击穿电压金属栅极引起附加电金属栅极引起附加电场是场是BVDS降低。降低。22LqNVsApt (b)源、漏之间的穿通源、漏之间的穿通21)(2AptbisdqNVVxL略

27、去略去 Vbi 后得：后得：可见，可见，L 越短，越短，NA 越小，越小，Vpt 就越低。由于沟道区掺杂远就越低。由于沟道区掺杂远低于源漏区，所以穿通现象是除工艺水平外限制低于源漏区，所以穿通现象是除工艺水平外限制 L 缩短的重要缩短的重要因素之一。因素之一。由于由于 MOS电容上存贮的电荷不易泄放，且电容值很小，故电容上存贮的电荷不易泄放，且电容值很小，故很少的电荷即可导致很高的电压，使栅氧化层被击穿。由于这很少的电荷即可导致很高的电压，使栅氧化层被击穿。由于这种击穿是破坏性的，所以种击穿是破坏性的，所以 MOSFET 在存放与测试时，一定要注在存放与测试时，一定要注意使栅极良好地接地。意使

28、栅极良好地接地。，79.0OXGSTBV当当 TOX VT 且继续增大时，垂直方向的电场且继续增大时，垂直方向的电场 E x 增大，使增大，使表面散射进一步增大，表面散射进一步增大，将随将随 VGS 的增大而下降：的增大而下降：电场111O 上式中，上式中，于是有：，于是有：TGSVVK电场2、迁移率调制效应迁移率调制效应 (1)VGS（纵向电场（纵向电场 Ex）对对 的影响的影响体内表面体内2111O当当 VGS 较小时：较小时：KTGSoTGSooooooVVVVVK1)(11电场电场电场 上式中，上式中，oKKV。时，当oKTGSVVV21。，VVsVcmKo30/6002N 沟道沟道

29、MOSFET 中的典型值为中的典型值为:(2)VDS（横向电场（横向电场 Ey）对）对 的影响的影响 VDS 将产生水平方向的电场将产生水平方向的电场 Ey，当，当 Ey 很大时，载流子速度很大时，载流子速度将趋于饱和。作为一种最简单的近似方法，可以用二段直线来将趋于饱和。作为一种最简单的近似方法，可以用二段直线来描述载流子的描述载流子的 v Ey 关系：关系：=v=时数，常cyKTGSoEEVVV1时，cyyKTGSoEEEVVV1时，cyyEEEvmax时常数，cyEEvmaxvmaxvEy0EC (3)考虑速度饱和后的饱和漏极电流考虑速度饱和后的饱和漏极电流 短沟道短沟道MOSFET中，

30、因沟道长度中，因沟道长度 L 很小，很小，很高，很高，使漏极附近有可能在沟道尚未被夹断之前，使漏极附近有可能在沟道尚未被夹断之前，Ey 就达到了就达到了EC ，载流子速度就达到了饱和值载流子速度就达到了饱和值 vmax ，从而使，从而使 ID 饱和。饱和。dydVEy 现设现设 为使为使 v(L)=vmax 的饱和电压。经计算：的饱和电压。经计算：已知已知 VD sat =VGS-VT 为使沟道夹断的饱和电压，也就是使为使沟道夹断的饱和电压，也就是使Q(L)=0 的饱和电压。的饱和电压。satDV 由上式可见，由上式可见，总是小于总是小于 。DsatV DsatV 对于普通对于普通 MOSFE

31、T，DsatDsatDsatCVVVLE)(22，对于短沟道对于短沟道 MOSFET，DsatCDsatDsatCVLEVVLE)(22，特点：特点：饱和电压正比于饱和电压正比于 L，将随，将随 L 的缩短而减小。的缩短而减小。设设 为考虑速度饱和后的漏极饱和电流，经计算：为考虑速度饱和后的漏极饱和电流，经计算：2122)(LEVLEVVCDsatCDsatDsat 特点：特点：饱和电压与饱和电压与 L 无关。无关。DsatI 特点：特点：对于短沟道对于短沟道 MOSFET，,)(22DsatCVLECTGSOXnCDsatCOXnDsatEVVCZLEVLECLZI)()(2 对于普通对于普

32、通 MOSFET，22)(DsatCVLEDsatDsatOXnCDsatCOXnDsatIVCLZLEVLECLZI22221211)(特点：特点：11)(2122LEVLECLZICDsatCOXnDsatLIVVIDsatTGSDsat1,)(2无关。与LIVVIDsatTGSDsat),(4)跨导跨导 gms 的饱和的饱和 普通普通 MOSFET在饱和区的跨导为：在饱和区的跨导为：特点：特点：短沟道短沟道 MOSFET在饱和区的跨导为：在饱和区的跨导为：特点：特点：与与(VGS-VT )及及 L 均不再有关，这称为跨导的均不再有关，这称为跨导的饱和。饱和。msg)(TGSOXnGSDs

33、atmsVVCLZVdIdgLgVVgmsTGSms1),(maxvZCECZVdIdgOXCOXnGSDsatms (1)表面表面 DIBL 效应效应 当当VFB VGS (35)(kT/q)后与后与VDS 无关，短沟道无关，短沟道 MOSFET的的 ID sub 则一直与则一直与 VDS 有关。有关。亚阈区转移特性斜率倒数亚阈区转移特性斜率倒数 的值随的值随 L 的缩短的缩短而增大，表明短沟道而增大，表明短沟道 MOSFET中的中的VGS 对对 ID sub 的控制能力变弱，的控制能力变弱，使使 MOSFET 难以截止。难以截止。DsubGSIddVSln 衬底电流的特点：衬底电流的特点：

34、Isub 随随 VGS 的增大先增加，然后再减小，最后达到的增大先增加，然后再减小，最后达到 PN 结结反向饱和电流的大小。反向饱和电流的大小。(1)衬底电流衬底电流 Isub ：沟道夹断区内因碰撞电离而产生的电子：沟道夹断区内因碰撞电离而产生的电子空穴对中，电子从漏极流出而成为空穴对中，电子从漏极流出而成为 ID 的一部分，空穴则由衬底的一部分，空穴则由衬底流出而形成衬底电流流出而形成衬底电流 Isub 。4、强电场效应、强电场效应 (2)体内体内 DIBL 效应效应 当当VGS 1。恒场按比例缩小法则。恒场按比例缩小法则 要求：要求：KVVKVVKNNKxxKTTKZZKLLDSDSGSGSAAjjOXOX,这时器件性能的改变如下：这时器件性能的改变如下：,KCCKIIKVVDDTT总栅电容5、减小短沟道效应的措施、减小短沟道效应的措施 恒场按比例缩小法则的限制因素：恒场按比例缩小法则的限制因素：（1）电压的限制）电压的限制 等都不能按比例缩小。如：等都不能按比例缩小。如：FFBbiVV,KxqKNxdAFBsd21)2(2KRKAKLALR2FPiAiAFPnKNqkTnNqkTlnln （2）耗尽层厚度）耗尽层厚度 xd 不能按比例缩小。不能按比例缩小。（3）寄生电阻的限制。）寄生电阻的限制。