A3 Kurzkanaleffekte (MOSFET)

Thema

Wenn sich die Kanallänge dieses MOSFETs auf ein Niveau verkürzt, das mit der Verarmungszone seiner Source- und Drain-Übergänge vergleichbar ist, erfährt die Schwellenspannung dieses MOSFETs bei gleicher Kanallänge einen Abfall. Da diese beiden Verarmungszonen – die Source- und Drain-Übergänge – einen zunehmenden Anteil des bereits verkürzten Kanals einnehmen, absorbieren sie allein einen Teil der Last, die bei einem längeren Kanal vollständig vom Gate des MOSFETs gesteuert würde. Folglich benötigt das Gate eine niedrigere Schwellenspannung, um die Inversion des verbleibenden Kanals abzuschließen. Eine weitere Verkürzung der Kanallänge führt dazu, dass diese Verarmungszonen einen noch größeren Anteil des Kanals einnehmen, was einen stärkeren Abfall der Schwellenspannung zur Folge hat.

Die Drain-Source-Spannung dieses MOSFETs bewirkt, wenn sie an diesem bereits verkürzten Kanal ausreichend hoch ist, eine weitere Reduzierung der Potenzialbarriere, die die Ausbildung dieses Kanals auf der Source-Seite steuert. Dieser Effekt, die Drain-induzierte Barrierenreduktion, bewirkt, dass sich die Drain-Verarmungszone innerhalb des bereits kurzgeschlossenen Kanals der Source-Verarmungszone ausreichend annähert und so die Potentialbarriere auf der Source-Seite direkt verringert, ohne dass eine zusätzliche Spannung am Gate des MOSFETs angelegt werden muss, um dieselbe Reduktion zu erzielen. Eine höhere Drain-Source-Spannung über denselben kurzgeschlossenen Kanal führt zu einer stärkeren Drain-induzierten Barrierenreduktion.

Daher bewirkt dieses Modell mit seinem Schwellenspannungsabfall und der Drain-induzierten Barrierenreduktion, dass beide Effekte gemeinsam die effektive Schwellenspannung dieses Kurzkanal-MOSFETs bestimmen. Dies korrigiert das einfache quadratische Modell, das ein anderes Modell dieser Gruppe für denselben MOSFET beschreibt und nur gültig ist, wenn der Kanal lang genug ist, dass keiner dieser Kurzkanaleffekte signifikant ist. Je kürzer der Kanal und je höher die angelegte Drain-Source-Spannung ist, desto stärker weicht diese effektive Schwellenspannung aufgrund der kombinierten Wirkung des Schwellenspannungsabfalls und der Drain-induzierten Barrierenreduktion von der festen Schwellenspannung ab, die das einfache quadratische Modell für einen langen Kanal vorhersagt. Die Tatsache, dass die effektive Schwellenspannung dieses Kurzkanal-MOSFETs somit sowohl von der Kanallänge als auch von der angelegten Drain-Source-Spannung abhängt, bedeutet, dass das einfache quadratische Langkanalmodell keine gültige Näherung mehr zur Beschreibung dieses MOSFETs darstellt.

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