Modulacja długości kanału - Channel length modulation

Przekrój poprzeczny tranzystora MOSFET działającego w obszarze nasycenia

Modulacja długości kanału ( CLM ) jest efektem tranzystorów polowych , skracaniem długości odwróconego obszaru kanału wraz ze wzrostem odchylenia drenu dla dużych odchyleń drenu. Wynikiem CLM jest wzrost prądu z odchyleniem drenu i redukcja rezystancji wyjściowej. Jest to jeden z wielu efektów krótkiego kanału w MOSFET skalowania . Powoduje również zniekształcenia we wzmacniaczach JFET .

Aby zrozumieć efekt, najpierw wprowadza się pojęcie uszczypnięcia kanału. Kanał jest tworzony przez przyciąganie nośników do bramki, a prąd pobierany przez kanał jest prawie stały, niezależnie od napięcia drenu w trybie nasycenia. Natomiast w pobliżu odpływu zastawka i odpływ wspólnie określają wzór pola elektrycznego. Zamiast płynąć w kanale, poza punktem zacisku, nośniki przepływają w sposób podpowierzchniowy, ponieważ zarówno dren, jak i bramka kontrolują prąd. Na rysunku po prawej stronie kanał jest oznaczony linią przerywaną i słabnie w miarę zbliżania się do drenu, pozostawiając szczelinę nieodwróconego krzemu między końcem utworzonej warstwy inwersyjnej a odpływem (obszar zacisku ).

Wraz ze wzrostem napięcia drenu jego kontrola nad prądem rozciąga się dalej w kierunku źródła, więc nieodwrócony obszar rozszerza się w kierunku źródła, skracając długość obszaru kanału, co jest efektem zwanym modulacją długości kanału . Ponieważ rezystancja jest proporcjonalna do długości, skrócenie kanału zmniejsza jego rezystancję, powodując wzrost prądu wraz ze wzrostem polaryzacji drenu dla tranzystora MOSFET pracującego w nasyceniu. Efekt jest wyraźniejszy, im krótszy jest odstęp od źródła do odpływu, im głębsze jest połączenie drenu i grubszy izolator tlenkowy.

W obszarze słabej inwersji wpływ drenu analogiczny do modulacji długości kanału prowadzi do gorszego zachowania wyłączania urządzenia, znanego jako obniżenie bariery wywołane drenażem, obniżenie napięcia progowego wywołane drenażem.

W urządzeniach bipolarnych podobny wzrost prądu obserwuje się przy zwiększonym napięciu kolektora z powodu zwężenia podstawy, znanego jako efekt wczesny . Podobieństwo występujące w przypadku prądu doprowadziło do użycia terminu „wczesny efekt” również dla tranzystorów MOSFET, jako alternatywnej nazwy dla „modulacji długości kanału”.

Model Shichmana-Hodgesa

W podręcznikach modulacja długości kanału w trybie aktywnym jest zwykle opisywana za pomocą modelu Shichmana-Hodgesa, dokładnego tylko dla starej technologii: gdzie = prąd drenu, = parametr technologiczny nazywany czasem współczynnikiem transkonduktancji, W, L = szerokość i długość MOSFET, = bramka napięcie -to-source = napięcie progowe , = napięcie dren a źródło, oraz λ = kanał długości modulacji parametrów. W klasycznym modelu Shichmana-Hodgesa jest to stała urządzenia, która odzwierciedla rzeczywistość tranzystorów z długimi kanałami. ${\ displaystyle I _ {\ text {D}}}$${\ displaystyle K '_ {n}}$${\ displaystyle V _ {\ text {GS}}}$${\ displaystyle V _ {\ text {th}}}$${\ displaystyle V _ {\ text {DS}}}$${\ displaystyle V _ {\ text {DS, sat}} = V _ {\ text {GS}} - V _ {\ text {th}}}$${\ displaystyle V _ {\ text {th}}}$

Rezystancja wyjściowa

Modulacja długości kanału jest ważna, ponieważ decyduje o rezystancji wyjściowej MOSFET , ważnym parametrze w projektowaniu obwodów zwierciadeł i wzmacniaczy prądu .

W zastosowanym powyżej modelu Shichmana-Hodgesa opór wyjściowy jest określony jako:

$${\ Displaystyle {\ rozpocząć {wyrównane} r _ {\ tekst {O}} & = {\ Frac {1+ \ lambda V _ {\ tekst {DS}}} {\ lambda ja _ {\ tekst {D}}}} \ \ & = {\ frac {1} {I _ {\ text {D}}}} \ left ({\ frac {1} {\ lambda}} + V _ {\ text {DS}} \ right) \\ & = {\ frac {V _ {\ text {E}} L / {\ Delta L} + V _ {\ text {DS}}} {I _ {\ text {D}}}} \ end {aligned}}}$$

gdzie = napięcie drenu do źródła, = prąd drenu i = parametr modulacji długości kanału. Bez modulacji długości kanału (dla λ = 0) rezystancja wyjściowa jest nieskończona. Parametr modulacji długości kanału zwykle przyjmuje się jako odwrotnie proporcjonalny do długości kanału MOSFET L , jak pokazano w ostatniej postaci powyżej dla r _O : ${\ displaystyle V _ {\ text {DS}}}$${\ displaystyle I _ {\ text {D}}}$${\ displaystyle \ lambda}$

${\ Displaystyle \ lambda \ ok. {\ Frac {\ Delta L} {V_ {E} L}}}$ ,

gdzie V _E jest parametrem dopasowania, chociaż jest koncepcją podobną do wczesnego napięcia dla BJT. W przypadku procesu 65 nm , z grubsza V _E ≈ 4 V / μm. (Bardziej rozbudowane podejście jest stosowane w modelu EKV.). Jednak żaden prosty wzór stosowany do tej pory na λ nie zapewnia dokładnej zależności długości lub napięcia r _O dla nowoczesnych urządzeń, wymuszając użycie modeli komputerowych, co zostanie pokrótce omówione poniżej.

Wpływ modulacji długości kanału na rezystancję wyjściową MOSFET zmienia się zarówno w zależności od urządzenia, w szczególności jego długości kanału, jak i zastosowanego odchylenia. Głównym czynnikiem wpływającym na rezystancję wyjściową w dłuższych tranzystorach MOSFET jest modulacja długości kanału, jak właśnie opisano. W krótszych tranzystorach MOSFET pojawiają się dodatkowe czynniki, takie jak: obniżenie bariery indukowanej drenem (co obniża napięcie progowe, zwiększenie prądu i zmniejszenie rezystancji wyjściowej), nasycenie prędkości (co ma tendencję do ograniczania wzrostu prądu kanału wraz z napięciem drenu, zwiększając tym samym opór wyjściowy) i transport balistyczny (który modyfikuje odbiór prądu przez dren i modyfikuje obniżanie bariery indukowanej przez drenaż tak, aby zwiększyć dopływ nośników do obszaru zacisku, zwiększając prąd i zmniejszając opór wyjściowy). Dokładne wyniki wymagają modeli komputerowych .

Odniesienia i uwagi

Zewnętrzne linki

• Co to jest modulacja długości kanału? - OnMyPhD
• Modulacja długości kanału MOSFET - informacja techniczna

Zobacz też

• Próg napięcia
• Efekt krótkiego kanału
• Opuszczanie bariery wywołane drenażem
• Działanie MOSFET
• Model hybrydowy-pi
• Modele tranzystorowe