6.8.2 Эффекты узкого канала
На краях затвора (боковой стенки) создается паразитный канал, так как затвор по-разному контролирует главный канал (центральная часть) и края. Влияние боковой стенки канала более выражено в узких приборах. Если пороговое напряжение меньше на краях, VT падает при уменьшении ширины затвора (обратный узкоканальный эффект). Заметим, что паразитный канал обычно подавляется более сильным легированием краев для локального увеличения порогового напряжения, однако для ультратонких пленок такое решение неприменимо.
В зависимости от используемой изоляции (STI, LOCOS) боковая стенка может иметь другую кристаллическую ориентацию, дополнительные дефекты и переменную толщину. В целом, при уменьшении ширины канала деградируют подвижность и S-фактор, в то время как короткоканальные эффекты мало изменяются.
Эффект плавающей подложки (FBE) стремится к нулю в узких КНИ МОПТ. Причины этого: а) деградация (уменьшение) времени жизни вблизи боковой стенки; б) диффузия примеси в изолирующий окисел, которая приводит к уменьшению потенциального барьера сток-подложка; в) локальное утоньшение пленки на краях.
В экстремально узких приборах квантовые эффекты приводят к заметному увеличению порогового напряжения при ширине канала менее 10нм.
6.8.3 Толщина пленки
Толщина пленки определяет способность КНИ МОПТ противостоять короткоканальным эффектам. Толщина пленки может достигать толщины нескольких монослоев кремния. В ультратонких приборах эффект электрической связи затворов усиливается.
На рис. 6.8 представлены зависимости пороговых напряжений для верхнего и нижнего затворов от напряжения на противоположном затворе.
Точка пересечения кривых на рис.6.8 определяет уникальную связь между нижним и верхним затворами, при которой оба канала инвертируются одновременно. Эти значения напряжений можно использовать для получения идеальной сбалансированной работы даже при использовании асимметричного МОПТ, так как при этом компенсируется разница в толщине верхнего и скрытого окислов:
.
Рис.6.8.
Зависимость порогового напряжения
верхнего (нижнего) канала от напряжения
на нижнем (верхнем) затворе для КНИ
МОПТ с пленкой
47нм толщины (L
= 10мкм, W
= 10мкм). Пунктирная линия показывает
суперпозицию двух кривых в ультратонком
транзисторе.
,
в нижнем канале достигается пороговое
напряжение
,
как только верхний затвор смещается до
напряжения
:
то есть как только один канал достигает
сильной инверсии, второй канал также
переходит в инверсию (суперсвязь). Пленка
ведет себя как квазипрямоугольный
тоннель, потенциал внутри пленки следует
сигналу, приложенному к любому из
затворов.
6.8.4 Объемная инверсия
При одновременной активации верхнего и нижнего каналов возникает объемная инверсия: инверсионный заряд целиком заполняет тело тонкой пленки, а его максимум локализуется внутри пленки (рис.6.9). Так как теперь неосновные носители (электроны) движутся в основном вдали от поверхностей раздела, подвижность возрастает.
Объемная инверсия может возникать и в однозатворных транзисторах с ультратонкими пленками. В многозатворных приборах она является основным механизмом, обеспечивая увеличение тока стока и ослабляя влияние дефектов на границах раздела (ловушки, фиксированный заряд, шероховатости поверхности) и уменьшая 1/f шум.
