Vorwort
Ich glaube, dass jeder die idealen Volt-Ampere-Eigenschaften von MOS-Röhren in analogen Schaltkreisen kennengelernt hat, aber tatsächlich ist dieses ideale Diagramm nur eine Annäherung an das tatsächliche Diagramm und ignoriert fast alle sekundären Effekte. Um die Volt-Ampere-Eigenschaften nicht idealer MOS-Transistoren tiefgreifend zu verstehen, ist es daher notwendig, die wichtigsten Sekundäreffekte zu verstehen. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit der Einflussbeziehung zwischen verschiedenen Parametern und beinhaltet keine spezifischen Formelberechnungen. Er dient nur dem Verständnis.
Auswirkungen auf Geschwindigkeitssättigung und Mobilitätsreduzierung
Die Driftrate der Ladungsträger und damit die Stärke des Stroms steigt linear mit dem lateralen elektrischen Feld zwischen Source- und Drain-Stufe. Dies gilt unter idealen Bedingungen, das heißt, wenn das elektrische Feld schwach ist. Bei höheren Feldstärken steigt die Driftrate aufgrund der Trägerstreuung langsam an und nähert sich schließlich dem Sättigungswert Vsat.
Aus dem Stromausdruck im Sättigungsbereich unter idealen Bedingungen ist ersichtlich, dass der Leckstrom eine quadratische Beziehung zur Gate-Source-Spannung aufweist und das elektrische Feld zu diesem Zeitpunkt schwach ist. Wenn die Spannung zwischen Source und Drain zunimmt, nimmt die elektrische Feldstärke zwischen ihnen zu, was dazu führt, dass die Transistorrate zu einem bestimmten Zeitpunkt vollständig gesättigt ist. Zu diesem Zeitpunkt besteht die Beziehung zwischen dem Strom und der Gate-Source-Spannung eine lineare Beziehung.
Ein starkes vertikales elektrisches Feld entsteht durch eine große Gate-Source-Spannung, die dazu führt, dass Ladungsträger an die Oberfläche gestreut werden und auch die Ladungsträgermobilität verringert wird. Dieser Effekt wird als Mobilitätsreduktionseffekt bezeichnet und verursacht direkt den Fluss durch Drain und Source . Strom sinkt.
Kanallängenmodulationseffekt
Im Idealfall ist der Drain-Source-Strom eines Transistors in Sättigung unabhängig von der Drain-Source-Spannung. Tatsächlich führt eine weitere Erhöhung der Drain-Source-Spannung im Sättigungsbereich zur Bildung einer Verarmungsschicht zwischen dem Drain-Level und dem Siliziumkörper, deren Breite mit zunehmender Drain-Level-Spannung zunimmt
Effektive Kanallänge = ideale Kanallänge – Länge der Sperrschicht
Anhand des Ausdrucks des Drain-Source-Stroms im Sättigungsbereich ist ersichtlich, dass die Kanallänge L abnimmt und der Strom zunimmt.
Körpereffekt
Unter idealen Umständen gehen wir davon aus, dass das Substrat des NMOS geerdet ist. Welchen Effekt hat es also, wenn das Substrat an eine negative Spannung angeschlossen wird?
Wenn die Senkenspannung negativer wird, werden mehr Löcher von der Substratelektrode angezogen, wodurch eine große Menge negativer Ladung zurückbleibt, um eine Verarmungsschicht zu bilden. Da die Schwellenspannung eine positive Funktion der Gesamtzahl der Ladungen in der Verarmungsschicht ist, steigt die Schwellenspannung, wenn die Substratspannung negativer wird.
Effekt zur Senkung der Abflussniveau-Induktionsbarriere
Die Vorwärts-Drain-Source-Spannung verringert die thermische Spannung der MOS-Röhre, was die Spannungsschwellenleitung verbessert, d. h. den unterhalb der Schwellenspannung erzeugten Leckstrom erhöht.
Kurzkanaleffekt
Wenn die Kanallänge sehr kurz ist (in der Größenordnung von einigen Nanometern), erstreckt sich die Verarmungsschicht von Source und Drain in den Kanal hinein, wodurch sich die thermische Spannung mit der Änderung der Kanallänge ändert. Insbesondere die Verkürzung von Der Kanal führt zu thermischen Spannungsabfällen und induziert so eine Leitung unterhalb des Schwellenwerts, d. h. einen zunehmenden Leckstrom.