5. Эффекты малых размеров (короткий или узкий канал)
5.1. Класификация эффектов малых размеров.
3 группы эффектов:
1). Краевые эффекты в ОПЗ.
2).
Увеличение продольного поля
и разогрев носителей в канале.
3). Новые механизмы тока (из-за близости стока к истоку).
5.2. Пороговое напряжение.
При
малых значениях
и
—
(эффект 1-й группы).
1). Влияние длины канала.
П
ри
малой длине каналауменьшается
эффективный объем ОПЗ и эффективный
заряд
:
; Следует
заменить
.
;
.
; 
.
;
,
где
;
,
—толщина ОПЗ под истоком и стоком,
— толщина
-областей,
— контактная разность потенциалов
-область
—
-подложка.
а)
(эффекткороткого
канала).
б)
уменьшается приуменьшении
и приувеличении
(т.е. при пропорциональном уменьшении
).
в) Пороговое напряжение п-канальных транзисторов уменьшается, а р-канальных — увеличивается. В любом случае увеличивается ток стока.
г):
При
малой длине канала пороговое напряжение
зависит от напряжения сток-исток
—через
зависимость
.
2). Влияние ширины канала.
При малой ширине
канала увеличиваетсяэффективный объем ОПЗ и эффективный
заряд
:
Fz Z lT Fz0 lT lT
;
.
а)
(эффектузкого
канала).
б)
не зависит от
и
.
в) Пороговое напряжение п-канальных транзисторов увеличивается, а р-канальных — уменьшается. В любом случае уменьшается ток стока.
5.3. Смыкание опз стока и истока.
При
малой длине канала близость ОПЗ стока
и истока приводит к их смыканию
при увеличении напряжения сток-исток
до величины
за счет расширения ОПЗ под стоком(эффект
3-й группы).
В
режиме смыкания (
)
сглаживается потенциальный барьер для
электронов вп+-области
истока.
К основному току канала добавляется ток инжектированных в подложку носителей.
Эффект
смыкания похож на пробой —ток
стока резко возрастает при
.
Условие смыкания:
, (5.3.1)
,
(5.3.2)
(5.3.3).
Подставляя (5.3.2) и (5.3.3) в (5.3.1), получим напряжение смыкания:
.
Напряжение
смыкания резко снижается при уменьшении
длины канала
до
.Для
повышения напряжения смыкания следует
увеличивать концентрацию примеси в
подложке NВ
(уменьшаются
).
5.4. Ограничение дрейфовой скорости носителей в канале.
Эффект
2-й группы. Уменьшение
увеличение
продольного поля
разогрев носителей в канале
возбуждение оптических фононов
снижение подвижности носителей
(насыщение
дрейфовой скорости).
Реально скорость носителей всегда конечна. В кремнии
см/с.
Из-за насыщения скорости канал не перекрывается полностью.
Следствия:
1). Насыщение тока наступает при меньшем напряжении VDS S .
2). В пологой области CDS 0.
3). В пологой области ВАХ ток стока ID возрастает с ростом VDS:
В
разделе 3.3. мы получили: 
При
:
.
Отсюда:
,
где
.
В
крутой
области:
.
На границе (
):
.
а)
При
(длинный
канал):
,
;
;
.
Проходная
ВАХ квадратична;
крутизна
;
предельная
частота
.
б)
При
(короткий
канал):
,
;
;
;
,
где
—
время пролета носителей через канал.
Проходная
ВАХ линейна;
крутизна
не
зависит от
и
;
предельная частота соответствует времени пролета.