La modulación de la longitud del canal ( CLM ) es un efecto en los transistores de efecto de campo , un acortamiento de la longitud de la región del canal invertido con un aumento del sesgo de drenaje para sesgos de drenaje grandes. El resultado de CLM es un aumento en la corriente con polarización de drenaje y una reducción de la resistencia de salida. Es uno de varios efectos de canal corto en la escala MOSFET . También causa distorsión en amplificadores JFET . [1]
Para comprender el efecto, primero se introduce la noción de pellizco del canal. El canal está formado por la atracción de portadores a la puerta, y la corriente extraída a través del canal es casi una constante independiente del voltaje de drenaje en el modo de saturación. Sin embargo, cerca del desagüe, la compuerta y el desagüe determinan conjuntamente el patrón del campo eléctrico. En lugar de fluir en un canal, más allá del punto de pellizco, los portadores fluyen en un patrón subterráneo hecho posible porque el drenaje y la compuerta controlan la corriente. En la figura de la derecha, el canal está indicado por una línea discontinua y se debilita a medida que se acerca al drenaje, dejando un espacio de silicio no invertido entre el extremo de la capa de inversión formada y el drenaje (el pellizco región).
A medida que aumenta el voltaje de drenaje, su control sobre la corriente se extiende más hacia la fuente, por lo que la región no invertida se expande hacia la fuente, acortando la longitud de la región del canal, el efecto llamado modulación de la longitud del canal . Debido a que la resistencia es proporcional a la longitud, acortar el canal disminuye su resistencia, lo que provoca un aumento en la corriente con un aumento en el sesgo de drenaje para un MOSFET que opera en saturación. El efecto es más pronunciado cuanto más corta es la separación entre la fuente y el drenaje, más profunda es la unión del drenaje y más grueso es el aislante de óxido.
En la región de inversión débil, la influencia del drenaje análoga a la modulación de la longitud del canal conduce a un peor comportamiento de apagado del dispositivo conocido como descenso de la barrera inducido por el drenaje , un descenso inducido por el drenaje del voltaje umbral.
En los dispositivos bipolares , se observa un aumento similar en la corriente con un mayor voltaje del colector debido al estrechamiento de la base, conocido como efecto Early . La similitud en efecto sobre la corriente ha llevado al uso del término "Efecto temprano" para MOSFET también, como un nombre alternativo para "modulación de longitud de canal".
Modelo de Shichman-Hodges
En los libros de texto, la modulación de la longitud del canal en modo activo generalmente se describe utilizando el modelo de Shichman-Hodges, exacto solo para tecnología antigua: [2] donde = corriente de drenaje, = parámetro de tecnología a veces llamado coeficiente de transconductancia, W, L = ancho y largo del MOSFET, = voltaje de puerta a fuente, = voltaje umbral , = voltaje de drenaje a fuente, y λ = parámetro de modulación de la longitud del canal . En el modelo clásico de Shichman-Hodges, es un dispositivo constante, que refleja la realidad de los transistores con canales largos.
Resistencia de salida
La modulación de la longitud del canal es importante porque decide la resistencia de salida del MOSFET , un parámetro importante en el diseño de circuitos de espejos y amplificadores de corriente .
En el modelo de Shichman-Hodges utilizado anteriormente, la resistencia de salida se da como:
dónde = voltaje de drenaje a fuente, = corriente de drenaje y = parámetro de modulación de la longitud del canal. Sin modulación de longitud de canal (para λ = 0), la resistencia de salida es infinita. El parámetro de modulación de la longitud del canal generalmente se considera inversamente proporcional a la longitud del canal MOSFET L , como se muestra en la última forma anterior para r O : [3]
- ,
donde V E es un parámetro de ajuste, aunque es similar en concepto al voltaje inicial para BJT. Para un proceso de 65 nm , aproximadamente V E ≈ 4 V / μm. [3] (Se utiliza un enfoque más elaborado en el modelo EKV. [4] ). Sin embargo, ninguna fórmula simple utilizada hasta la fecha para λ proporciona una dependencia precisa de la longitud o el voltaje de r O para los dispositivos modernos, lo que obliga al uso de modelos informáticos, como se analiza brevemente a continuación.
El efecto de la modulación de la longitud del canal sobre la resistencia de salida del MOSFET varía tanto con el dispositivo, particularmente con la longitud del canal, como con la polarización aplicada. El factor principal que afecta la resistencia de salida en MOSFET más largos es la modulación de la longitud del canal como se acaba de describir. En MOSFET más cortos surgen factores adicionales como: reducción de la barrera inducida por el drenaje (que reduce el voltaje de umbral, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida), saturación de la velocidad (que tiende a limitar el aumento en la corriente del canal con el voltaje de drenaje, aumentando así la resistencia de salida) y transporte balístico (que modifica la colección de corriente por el drenaje y modifica la reducción de la barrera inducida por el drenaje para aumentar el suministro de portadores a la región de pinch-off, aumentando la corriente y disminuyendo la resistencia de salida). Nuevamente, los resultados precisos requieren modelos de computadora .
Referencias y notas
- ^ "Distorsión en circuitos de etapa de entrada JFET" . pmacura.cz . Consultado el 12 de febrero de 2021 .
- ^ "Informe NanoDotTek NDT14-08-2007, 12 de agosto de 2007" (PDF) . NanoDotTek. Archivado desde el original (PDF) el 17 de junio de 2012 . Consultado el 23 de marzo de 2015 .
- ^ a b WMC Sansen (2006). Fundamentos del diseño analógico . Dordrecht: Springer. págs. §0124, pág. 13. ISBN 0-387-25746-2.
- ^ Trond Ytterdal; Yuhua Cheng; Tor A. Fjeldly (2003). Modelado de dispositivos para diseño de circuitos CMOS analógicos y RF . Nueva York: Wiley. pag. 212. ISBN 0-471-49869-6.