La reducción de la barrera inducida por drenaje ( DIBL ) es un efecto de canal corto en los MOSFET que se refiere originalmente a una reducción del voltaje umbral del transistor a voltajes de drenaje más altos. En un transistor clásico de efecto de campo plano con un canal largo, el cuello de botella en la formación del canal ocurre lo suficientemente lejos del contacto de drenaje que está protegido electrostáticamente del drenaje por la combinación del sustrato y la puerta, y así clásicamente el voltaje umbralera independiente del voltaje de drenaje. En los dispositivos de canal corto, esto ya no es cierto: el drenaje está lo suficientemente cerca como para bloquear el canal, por lo que un voltaje de drenaje alto puede abrir el cuello de botella y encender el transistor prematuramente.
El origen de la disminución del umbral puede entenderse como una consecuencia de la neutralidad de carga: el modelo de carga compartida de Yau. [1] La carga combinada en la región de agotamiento del dispositivo y la del canal del dispositivo está equilibrada por tres cargas de electrodo: la puerta, la fuente y el drenaje. A medida que aumenta el voltaje de drenaje, la región de agotamiento de la unión pn entre el drenaje y el cuerpo aumenta de tamaño y se extiende por debajo de la compuerta, por lo que el drenaje asume una mayor parte de la carga de equilibrar la carga de la región de agotamiento, dejando una carga menor para la compuerta. . Como resultado, la carga presente en la puerta retiene el equilibrio de carga al atraer más portadores al canal, un efecto equivalente a reducir el voltaje de umbral del dispositivo.
En efecto, el canal se vuelve más atractivo para los electrones. En otras palabras, se reduce la barrera de energía potencial para los electrones en el canal. Por tanto, el término "reducción de la barrera" se utiliza para describir estos fenómenos. Desafortunadamente, no es fácil obtener resultados analíticos precisos utilizando el concepto de reducción de barreras.
La reducción de la barrera aumenta a medida que se reduce la longitud del canal, incluso con un sesgo de drenaje aplicado cero, porque la fuente y el drenaje forman uniones pn con el cuerpo y, por lo tanto, tienen capas de agotamiento incorporadas asociadas que se convierten en socios importantes en el equilibrio de carga en el canal corto longitudes, incluso sin aplicar un sesgo inverso para aumentar los anchos de agotamiento .
Sin embargo, el término DIBL se ha expandido más allá de la noción de ajuste de umbral simple y se refiere a una serie de efectos de voltaje de drenaje en las curvas del MOSFET IV que van más allá de la descripción en términos de cambios simples de voltaje de umbral, como se describe a continuación.
A medida que se reduce la longitud del canal, los efectos de DIBL en la región del subumbral (inversión débil) se muestran inicialmente como una simple traducción de la corriente subumbral frente a la curva de polarización de la puerta con cambio en el voltaje de drenaje, que se puede modelar como un simple cambio en voltaje de umbral con polarización de drenaje. Sin embargo, a longitudes más cortas, la pendiente de la curva de polarización de la puerta frente a la corriente se reduce, es decir, se requiere un cambio mayor en la polarización de la puerta para efectuar el mismo cambio en la corriente de drenaje. En longitudes extremadamente cortas, la puerta no apaga por completo el dispositivo. Estos efectos no pueden modelarse como un ajuste de umbral. [2]
DIBL también afecta la curva de sesgo de corriente frente a drenaje en el modo activo , lo que hace que la corriente aumente con el sesgo de drenaje, lo que reduce la resistencia de salida del MOSFET. Este aumento es adicional al efecto de modulación de la longitud del canal normal sobre la resistencia de salida y no siempre puede modelarse como un ajuste de umbral.
En la práctica, el DIBL se puede calcular de la siguiente manera:
dónde o Vtsat es el voltaje umbral medido a un voltaje de suministro (el voltaje de drenaje alto), y o Vtlin es el voltaje umbral medido a un voltaje de drenaje muy bajo, típicamente 0.05 V o 0.1 V. es el voltaje de suministro (el alto voltaje de drenaje) y es el voltaje de drenaje bajo (para una parte lineal de las características del dispositivo IV). El signo menos al principio de la fórmula asegura un valor DIBL positivo. Esto se debe a que el voltaje de umbral de drenaje alto,, es siempre menor que el voltaje de umbral de drenaje bajo, . Las unidades típicas de DIBL son mV / V.
DIBL también puede reducir la frecuencia de funcionamiento del dispositivo, como se describe en la siguiente ecuación:
dónde es la tensión de alimentación y es el voltaje umbral.
Referencias
- ^ Narain Arora (2007). Modelado Mosfet para simulación VLSI: teoría y práctica . World Scientific. pag. 197, figura 5.14. ISBN 981-256-862-X.
- ^ Yannis Tsividis (2003). Operación y modelado del transistor MOS (Segunda ed.). Nueva York: Oxford University Press. pag. 268; Figura 6.11. ISBN 0195170148.