5.12. Оптимизация структуры истоков и стоков

Минимизация геометрических эффектов предполагает уменьшение глубины залегания pn-переходов. C другой стороны, малая глубина pn-перехода стока rj приводит к нежелательному увеличению сопротивления стока RSD ~ 1/ rJ .

Рис. 5.14. Структура современного транзистора

Оптимизирующее техническое решение состоит в использовании тонких и коротких слаболегированных пристроек (extensions) к массивным истоку и стоку, удлиняющих сток и исток в сторону канала (рис. 5.14). Такие области иногда называют слаболегированными стоками (Lightly Doped Drain, LDD). Эти области уменьшают геометрические эффекты короткого канала, и в то же время не приводят к существенному увеличению сопротивлений стока-истока. Необходимо подчеркнуть, что эти области «слабо» легированы (1018…1019 см-3) только по сравнению с n+- областями стоков и истоков (5×1019 …1× 1020 см-3). Толщина этих областей составляет в современных транзисторах несколько десятков нанометров и имеет ограничение снизу. Например, уменьшение глубины pn-переходов до 10 нм приводит к увеличению удельного поверхностного сопротивления стоков и истоков до 10 кОм/квадрат. К сожалению, слаболегированные n-области вблизи канала уменьшают пороговое напряжение транзистора, что особенно заметно для очень малых длин канала. Для компенсации этого эффекта используется допол-

143

нительное легирование, с помощью которого создается тонкий p+- слой в виде «ореола» (“halo”), окружающего LDD области. Ореольное легирование снижает DIBL эффекты, уменьшает подпороговые утечки и вероятность смыкания обедненных областей истока и стока.

Технологическим вариантом компенсации уменьшения порогового напряжения является легирование в «кармашек» (pocket), которое отличается от ореола только тем, что охватывает не всю LDD-область, а только ее часть, примыкающую к (и)стоку. На рис. 5.14 изображен промежуточный случай между ореолом и «кармашком».

5.13. Моделирование выходного сопротивления МОПТ

Одна из проблем в короткоканальных приборах состоит в том, что ток в режиме насыщения (на пологом участке) продолжает заметно расти при увеличении VDS . Для цифровой схемотехники, ра-

ботающей на большом сигнале, это не так существенно, но в аналоговых схемах это является большой проблемой, поскольку приводит к изменению выходного сопротивления транзистора. Приращение тока в режиме насыщения тока МОПТ, с точки зрения его малосигнальной эквивалентной схемы, равносильно добавлению параллельно идеальному источнику тока некоторого, обычно довольно большого внутреннего сопротивления:

Считается, что увеличения тока при VDS> VDSAT происходят за счет трех эффектов:

а) модуляции длины канала (channel length modulation, CLM);

б) эффекта понижения барьера стоком (DIBL);

в) паразитного тока ударной ионизации (SCBE), который становится заметен только при больших VDS.

Классификацию этих эффектов проводят на основе анализа зависимости тока и выходного сопротивления МОПТ от VDS

(рис. 5.15).

144

5.14. Эффект модуляции длины канала

При увеличении VDS плотность электронов вблизи стока умень-

шается, пока не станет близкой к нулю (при VDS = VDSAT). При дальнейшем увеличении смещения на стоке происходит т.н. отсечка

(pinch-off), и все добавочное напряжение VDS – VDSAT начинает падать на обедненной области pn-перехода стока.

Рис. 5.16. Область отсечки и эффективное сокращение длины канала

Обедненная область стока увеличивается, а эффективная длина канала становится меньше на величину L . Этот эффект называется эффектом модуляции длины канала (Channel Length Modulation, CLM).

За счет этого эффекта ток МОПТ в режиме насыщения продолжает расти приблизительно по линейному закону (рис. 5.17):

IDSAT 1/(L − L) ~1+ L / L ~ 1+ λVDS . (5.14.1)

146