CMOS——短溝道效應(yīng)詳細分析-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-10-08
在半導(dǎo)體的制造中，始終遵循著摩爾定律，于是集成電路的尺寸持續(xù)減小，于是MOSFET的溝道長度也相應(yīng)地縮短，這就導(dǎo)致了MOSFET管中的S和D（源和漏）的距離越來越短；
因此柵極對溝道的控制能力變差，這就意味著柵極電壓夾斷（pinch off）溝道的難度變大，于是使得亞閾值漏電（subthreshold leakage）現(xiàn)象，即短溝道效應(yīng)（short-channel effect）更加容易發(fā)生。
胡正明教授對此給了個非常容易理解的例子：當(dāng)一條水管很長的時候，那么用一塊石頭就可以很容易將其堵?。ɑ蛘卟纫荒_），但是，當(dāng)它很短的時候，這塊石頭就可能堵不住水管了，因為它可能放不下了，這就對應(yīng)上段說的，溝道越短越難堵住電流（防止漏電）。
有下列五種，簡單講就是溝道短了容易漏電
（1）由于電源電壓沒能按比例縮小而引起的電場增大;
（2）內(nèi)建電勢既不能按比例縮小又不能忽略;
（3）源漏結(jié)深不能也不容易按比例減小;
（4）襯底摻雜濃度的增加引起載流子遷移率的降低;
（5）亞閾值斜率不能按比例縮小
為了減小短溝道效應(yīng)的影響，提出了應(yīng)變硅技術(shù)、高K電介質(zhì)氧化層、金屬柵、SOI等新方法以改善器件性能。
然而，在28 nm以下工藝節(jié)點，平面MOSFET器件結(jié)構(gòu)中，柵極對溝道的有效控制面臨嚴峻挑戰(zhàn)，而革新的三維立體器件結(jié)構(gòu)，如Fin FET結(jié)構(gòu)具有更有效的柵極控制，可獲得更優(yōu)異的器件性能。
為什么增加溝道接觸面可以緩解短溝道的發(fā)生? 也就是下面FinFET工藝原文中實驗部分的證明。
FinFET工藝
鰭式場效應(yīng)晶體管FinFET的概念最初源于雙柵MOS晶體管的構(gòu)想，通過增加?xùn)艠O與溝道的接觸面積來增強對導(dǎo)電溝道的控制。
下面是FinFET的立體模型（三鰭）：
由于溝道接觸面的增長，可以從一定程度上緩解短溝道效應(yīng)，從而將芯片制程繼續(xù)下探；
三星有個改良版——GAA(gate all around)，它大概長這樣，可以清楚看到，思路大體上還是不變的，溝道面積計算由之前的3面變成4面而已。
總結(jié)
溝道短了——短溝道效應(yīng)——新材料、FinFET工藝等緩解（k值（介電常數(shù)）與面積）
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