MOS管的溝道長度,溝道長度調(diào)制效應(yīng)-KIA MOS管

MOS管的溝道長度

MOS管的溝道長度是影響其性能和集成度的重要因素。mos管溝道的長度在一定程度上決定了芯片的頻率和芯片的集成度。

從芯片集成度上看mos管溝道長度的意義

mos管的體積可以說是決定了IC芯片的集成度，顯然溝道的長度就是影響mos管體積的重要因素，現(xiàn)在集成電路的功能越發(fā)復(fù)雜，這就要求在芯片上能夠集成更多的電路，這使得芯片的溝道越來越小，例如所謂的7ns芯片，在這里7ns就是說的溝道長度。

芯片工藝中的光刻，光刻機(jī)的精度決定了能做到的溝道長度，這個技術(shù)是很難突破的，并且最重要的是這種重要的技術(shù)存在技術(shù)封鎖，這是當(dāng)下國家半導(dǎo)體行業(yè)的困局。

從芯片的頻率上來看mos管溝道長度的意義

芯片的頻率就是芯片性能最重要的指標(biāo)之一，頻率越快就意味著芯片的計算，存儲越快。明顯頻率不是想設(shè)多快就設(shè)多快，它是受各種硬件的性能決定的，mos管溝道的長度就是其一。

從FET為例說，理論上GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，在MOS管的結(jié)構(gòu)中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅(qū)動，實(shí)際上就是對電容的充放電。顯然電容的充放電是需要時間的，這個時間就限制了頻率的大小，同時這個時間跟mos管的尺寸有關(guān)。溝道越小、尺寸越小，頻率就可以越快。

溝道長度調(diào)制效應(yīng)

溝道長度調(diào)制效應(yīng)是指MOS晶體管中，柵下溝道預(yù)夾斷后、若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會略向源極方向移動。導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小，從而使更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，使Id增大的效應(yīng)。

以在加?xùn)艍篤gs且形成導(dǎo)電溝道的情況下的NMOSFET為例。若漏源電壓Vds增大至不可忽略，溝道電壓降增大直至Vgd=VT時，由于柵漏之間電壓差降低，漏端附近反型層消失，稱為溝道夾斷。若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)將向源端移動，故"看起來"，有效溝道長度減小，稱為溝道調(diào)制效應(yīng)。

對于長溝器件而言，溝道變化長度△L遠(yuǎn)小于原溝道長度，即△L可忽略，但在集成電路特征尺寸逐漸縮小的今天，溝道調(diào)制效應(yīng)帶來的影響愈加不可忽視。

溝道長度調(diào)制效應(yīng)是MOS晶體管中一個重要的物理現(xiàn)象，它發(fā)生在晶體管工作在飽和區(qū)時。當(dāng)漏源電壓（Vds）增大，導(dǎo)致實(shí)際的反型層溝道長度逐漸減小，這一現(xiàn)象被稱為溝道長度調(diào)制效應(yīng)。

具體來說，當(dāng)MOS晶體管中的柵下溝道預(yù)夾斷后，若繼續(xù)增大Vds，夾斷點(diǎn)會略向源極方向移動，導(dǎo)致夾斷點(diǎn)到源極之間的溝道長度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小。這一變化使得更多電子自源極漂移到夾斷點(diǎn)，導(dǎo)致在耗盡區(qū)漂移電子增多，從而使漏極電流（Id）增大。這種效應(yīng)是MOS結(jié)構(gòu)的一個二級效應(yīng)，對MOS晶體管的工作特性和性能有著重要影響。

溝道長度調(diào)制效應(yīng)的影響在于，當(dāng)漏源電壓增加時，速度飽和點(diǎn)在從漏端向源端移動，使得漏源電流隨漏源電壓增加而增加。在飽和區(qū)，D和S之間電流源非理想，這是因?yàn)闇系篱L度是漏源電壓的函數(shù)，導(dǎo)致漏極電流增加。這種效應(yīng)在短溝道器件中尤為明顯，因?yàn)槎虦系榔骷膱鰪?qiáng)較大，速度飽和效應(yīng)可能先于溝道夾斷導(dǎo)致電流飽和。

此外，溝道長度調(diào)制效應(yīng)還可以被用作放大器的有源負(fù)載，因?yàn)樗芴峁╇娏鞑⒛芴峁┐蟮妮敵鲎杩梗瑢?shí)現(xiàn)較大增益。在仿真中，通過調(diào)整溝道長度和寬度參數(shù)，可以觀察到溝道長度越短，輸出電阻越小，做放大器的有源負(fù)載增益也會越小。這表明溝道長度調(diào)制效應(yīng)不僅是一個物理現(xiàn)象，而且在實(shí)際應(yīng)用中有著重要的工程意義。

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