源漏穿通效应(Channel punchthrough effect)是场效应晶体管(如MOSFET)在小尺寸化过程中可能遇到的一种现象。具体来说,当晶体管的尺寸缩小到一定程度时,源结(Source Junction)与漏结(Drain Junction)之间的耗尽区(Depletion region)可能会相连通,形成一条直接的电流通路。这种效应会限制晶体管尺寸的进一步缩小,因为其对器件性能有显著影响。

源漏穿通效应的影响主要表现在以下几个方面:

1. 势垒降低:当沟道穿通时,源-漏间的势垒显著降低,导致从源向沟道注入大量载流子,这些载流子会漂移通过源-漏间的空间电荷区,形成较大的电流。

2. 电流增加:穿通效应使得即使栅电压低于阈值电压,源-漏间也会有电流通过,这导致通过器的总电流大大增加。

3. 空间电荷限制电流:这种电流受到空间电荷的限制,被称为空间电荷限制电流,它与源漏电压的平方成正比,与沟道长度的立方成反比。

4. 器件失效:在极端情况下,如果沟道长度过短,源漏穿通可能导致器件失效,因为耗尽区的宽度会随着PN结反偏电压的增大而扩展,最终导致源漏穿通。

为了抑制源漏穿通效应,集成电路的设计者采取了多种措施,包括使用新型绝缘介质材料(高k材料)、增加栅的数量(如双栅、三栅结构)、采用超薄体SOI材料以及发展纳米线结构等。

源漏穿通效应与漏致势垒降低(DIBL)效应不同,后者主要是指当漏极加上高电压时,源极同时受到漏极电场的影响,导致源结势垒降低,而源漏穿通则是源结与漏结的耗尽区直接相连通。

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