Для описания деградации крутизны в надпороговой области ВАХ от поглощенной дозы ионизирующего излучения D часто

где дозовое изменение крутизны выражается через изменение ин-

ски сводятся к определению неких эффективных значений энергетической плотности Dit , что означает в практическом плане экви-

валентность (5.5.6) и (5.5.7).

В силу указанных выше причин, очень трудно разделить экспериментально деградацию крутизны за счет увеличения степени рассеяния и перезарядки поверхностных состояний. Экспериментально этот вопрос не исследован детально, но есть основания полагать, что при облучении крутизна деградирует, главным образом, за счет перезарядки радиационно-индуцированных ПС.

5.6. Короткоканальные эффекты в МОП транзисторах и электростатическое качество

В идеале конфигурация МОПТ должна обеспечивать полный контроль заряда в канале зарядом на затворе. В значительной степени это определяется геометрической конфигурацией транзистора. Для того чтобы охарактеризовать степень идеальности транзистора, часто используют понятие электростатического качества

(electrostatic integrity).

Электростатическое качество выражается в степени выполнения двух следующих требований:

1) каждый заряд на затворе индуцирует заряд в канале;

133

2)заряд в стоке не должен влиять на заряд в канале.

Вреальных транзисторах с любой технологической нормой эти требования не выполняются в полной мере. Этому мешает следующие факторы:

1)Заряд в обедненной области и на поверхностных состояниях.

Вконтексте управляемости тока заряды легирующих примесей в обедненной области являются паразитными. Тем не менее, для транзисторов, изготовленных по объемной технологии, заряд обедненного слоя устранить невозможно, поскольку он является фактором, обеспечивающим необходимую электростатику;

2)Геометрический фактор. Часть силовых линий от затвора уходит в сторону и индуцирует дополнительный паразитный заряд на краях. Возникает также паразитная электростатическая связь (взаимная емкость) между затвором и стоком, каналом и стоком. Особенно существенны такие эффекты в современных короткоканальных транзисторах, в которых все более значительной становится роль краевых эффектов.

Математическое выражение электростатического качества в планарной структуре выражается условием

Одним из путей борьбы с геометрическими эффектами является переход от неидеальных планарных структур к объемным. Речь идет о необходимости максимально окружать активную область кремния затворами непланарной конфигурации структуры (triplegate, П-gate, Ω-gate) (см. также п. 8.12).

5.7. Геометрические эффекты порогового напряжения

В идеальных (длинноканальных) МОПТ пороговое напряжение VT не зависит от длины канала и является локальной характеристикой, т.е. определяется локальными значениями параметров, например, VT = f (dox , N A ). Для коротких и узких каналов сущест-

венную роль начинают играть краевые эффекты. Часть силовых линий от затвора уходит на края и/или на другие электроды. В этом случае количество заряда в канале и, соответственно, пороговое напряжение становится глобальной характеристикой всего транзи-

134

стора VT = f (dox , N A , L, x j ) и зависит, в частности, от длины канала

и конфигурации стока.

Приближение плавного канала в этом случае работает плохо, и нужно вносить поправки. Одна из главных поправок состоит в том, что вместо условия локальной электрической нейтральности нужно записывать условие глобальной (интегральной) электронейтральности.

Напомним, что условие локальной электронейтральности выражается в равенстве локальных значений поверхностных плотностей [Кл/см2] в длинноканальных приборах (см. 3.5.2)

+ qNG −qninv −qNA xd = 0 .

Интегральное условие электронейтральности для короткоканальных приборов выражается в равенстве полных зарядов [Кл]

Последнее слагаемое в (5.7.1), обозначающее заряд на электроде стока, ответственно за паразитный эффект понижения барьера между стоком и истоком полем стока (т.н. DIBL, см. п. 5. 10).

5.8. Эффект спада порогового напряжения («roll-off») для коротких каналов

В соответствии с идеей глобальной электронейтральности, пороговое напряжение зависит от полного заряда обедненной области Qdepl , контролируемого затвором,

При коротком канале часть отрицательного заряда акцепторов компенсируется не только зарядом на затворе, но и положительным зарядом доноров в стоке и истоке. Часть обедненной области стока и истока “заползает” под затвор, уменьшая Qdepl и, соответственно,

пороговое напряжение.

135

и в соответствии с (5.8.1), пороговое напряжения выражается формулой

Из (5.8.4) следует, что пороговое напряжение уменьшается с уменьшением длины канала. Это действительно имеет место для короткоканальных приборов (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Зависимость порогового напряжения от длины канала для транзисторов при разных напряжениях на стоке

Как видно из рис. 5.7, этот эффект сильно зависит от напряжения на стоке, что является выражением DIBL-эффекта (см. п. 5.10). Способы борьбы с эффектом спада порога состоят, во-первых, в формировании более тонких слоев pn-перехода (уменьшения rj); во-вторых, в уменьшении толщины обедненной области xd . И то, и

другое достигается за счет увеличения концентрации легирующей примеси в подложке в районе канала или у стока (истока).

Практическое следствие геометрического эффекта состоит в том, что пороговое напряжение короткоканальных транзисторов гораздо сложнее контролировать, чем при изготовлении в длинноканальных МОПТ.

137