Заряды в окисле и на поверхности раздела Si/SiO2
Все заряды в окисле делятся на две группы — подвижные и неподвижные. Первые — это проникшие в подзатворный окисел электроны. Очевидно, что они наводят в нем отрицательный заряд. Также в подзатворном окисле очень много паразитных положительных зарядов, возникающих в нем в технологическом процессе формирования этого окисла. Подзатворный окисел образуется при помещении кремниевой пластины в печь при разогреве ее до очень высоких температур (более 10000 С). Присутствующие в печи подвижные примесные атомы внедряются в формируемый на поверхности кремниевой пластины окисел и остаются в нем.
Короткоканальные эффекты
На рис. 4 приведена энергетическая диаграмма, поясняющая действие двух ключевых короткоканальных эффекта.
|
|
|
|
а) отсутствует напряжение на стоке (VD=0), но канал
присутствует ( б) напряжение на стоке равно рабочему (VD>0); в) распределение потенциала в длинноканальном и короткоканальном МОП-транзисторах; Рис. 4. Ход приповерхностного потенциала |
|
>
);
Их проявление заключается в следующем.
Первый связан со смыканием областей
и
,
причем это смыкание возможно даже в
отсутствие
,
т.е. при
<2
.
Этот эффект приводит к тому, что даже при =0 может возникнуть канал и потечь относительно большой ток электронов от истока к стоку, в результате чего транзистор не переключится из “0” в “1” или такое переключение произойдет с недопустимой задержкой.
Второй связан с так называемым DIBL — уменьшением барьера у истока, вызванным стоковым напряжением. С уменьшением длины канала транзистора поле стока, падающее на дрейфовой части канала, причем значительно в бóльшей мере на участке , начинает заходить своими силовыми линиями на участок . Поле стока начинает расширять обедненную область истока, увеличивая значение . Однако это расширение требует дополнительной затраты напряжения, связанного с появлением в этой расширяемой области истока дополнительного обедненного заряда акцепторов (т.е. части ). И вот эти дополнительные затраты и происходят за счет отбора возникающим новым зарядом (“обедненных акцепторов” в ) части встроенного напряжения у перехода исток-канал, что и вызывает уменьшения высоты барьера у истока, как показано на рисунке 4. При этом, как несложно убедиться из диаграммы на этом рисунке, напряжение как с учетом DIBL, так и без его учета целиком падает на дрейфовой части канала.
Действие эффекта DIBL
аналогично первому из описанных
короткоканальных эффектов — он
препятствует переключению транзистора
из “0” в “1”, однако сверх этого, DIBL
сопровождается значительным увеличением
тока стока, что может привести к пробою
транзистора и выходу его из строя вообще.
И если первый из короткоканальных
эффектов можно подавить заметным
увеличением
,
то DIBL принципиально
неустраним и требует более совершенных
конструктивных приемов подавления.
Третий из короткоканальных эффектов также обусловлен наличием областей и и связан с уменьшением вследствие этого значения . Очевидно, что уменьшение при сохранении прежних значений и приведет к некоторому не большому увеличению , но заметному увеличению и Ns. Однако точное значение изменения в короткоканальном МОП-транзисторе, вызванного этим эффектом, можно определить лишь с помощью численного решения уравнения Пуассона. Известные оценки величины изменения справедливы лишь для транзисторов с длиной канала не менее 0,5 мкм.