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微电子器件59 5.9.1 5.9.1 按比例缩小的按比例缩小的按比例缩小的按比例缩小的 MOSFET MOSFET 1 1、恒场按比例缩小法则恒场按比例缩小法则恒场按比例缩小法则恒场按比例缩小法则 为了为了消除或削弱短沟道效应，消除或削弱短沟道效应，除了采用一些特殊的结构外，除了采用一些特殊的结构外，在在 VLSI 中，主要采用按比例缩小法则。中，主要采用按比例缩小法则。设设 K 为缩小因子，为缩小因子，K 1。恒场按比例缩小法则要求。恒场按比例缩小法则要求 2 2、栅耦合、栅耦合、栅耦合、栅耦合 按比例缩小法则要求按比例缩小法则要求 MOSFET 的栅的栅氧化氧化层层厚度随沟道厚度随沟道长长度度的的缩缩短而减薄，以保持短而减薄，以保持栅电栅电极与沟道极与沟道电电荷之荷之间间有足有足够够的的耦合。耦合。每一代新的每一代新的 MOSFET 都采用了更薄的栅都采用了更薄的栅氧化氧化层层。但是。但是栅栅氧化氧化层层厚度的减薄将受到下面几个因素的限制。厚度的减薄将受到下面几个因素的限制。首先，当栅首先，当栅氧化氧化层层非常薄非常薄时时，栅栅极与沟道之极与沟道之间间的的 电电电电子直接子直接子直接子直接隧穿隧穿隧穿隧穿电电电电流流流流 将将显显著增大，著增大，导导致致栅电栅电流的增大和流的增大和输输入阻抗的下降。入阻抗的下降。其次，以下三个因素使其次，以下三个因素使 有效有效有效有效 栅栅氧化氧化层层厚度不能随厚度不能随 实际实际实际实际 栅栅氧氧化化层层厚度的减薄而下降。厚度的减薄而下降。(1)有一定厚度的表面反型层可等效为一个与有一定厚度的表面反型层可等效为一个与栅栅氧化氧化层电层电容容COX串串连连的的反型层反型层电电容，削弱了容，削弱了栅电栅电极极对对沟道沟道电电荷的荷的耦合作用，耦合作用，相当于增加了相当于增加了有效有效栅栅氧化氧化层层厚度。厚度。(2)量子效量子效应应使反型使反型层电层电子子浓浓度的峰度的峰值值不在表面，而在表面不在表面，而在表面以下以下约约 1 nm 处处，这这也也相当于增加了相当于增加了有效有效栅栅氧化氧化层层厚度。厚度。(3)MOS 集成电路中都采用硅栅技术。当硅栅中靠集成电路中都采用硅栅技术。当硅栅中靠氧化氧化层层一一侧侧的部分多晶硅的部分多晶硅发发生耗尽生耗尽时时，这层这层耗尽耗尽层层就起到了就起到了绝缘层绝缘层的的作用，再次作用，再次增加了增加了有效有效栅栅氧化氧化层层厚度。厚度。为了避免直接隧穿效应，可以通过为了避免直接隧穿效应，可以通过 提高栅介质的介电常数提高栅介质的介电常数提高栅介质的介电常数提高栅介质的介电常数而不是降低栅介质的厚度而不是降低栅介质的厚度而不是降低栅介质的厚度而不是降低栅介质的厚度 的方法来提高栅电容。为了避免的方法来提高栅电容。为了避免多晶多晶硅出硅出现现耗尽耗尽层层的影响，可以采用的影响，可以采用 难难难难熔金属熔金属熔金属熔金属 或或 难难难难熔金属硅化物熔金属硅化物熔金属硅化物熔金属硅化物 作作为栅电为栅电极材料。极材料。3 3、速度速度速度速度过过过过冲效冲效冲效冲效应应应应 在在电电子的子的输输运运过过程中程中，如果，如果不能不能发发生足生足够够的散射，的散射，就会就会导导致致电电子被加速到超子被加速到超过饱过饱和和漂移漂移速度速度的速度的速度，这这种种现现象称象称为为 速度速度速度速度过过过过冲效冲效冲效冲效应应应应。速度。速度过过冲效冲效应应将使将使电电子的平均速度超子的平均速度超过饱过饱和和漂移漂移速速度，从而使度，从而使 MOSFET 的的漏极漏极电电流流和和跨跨导导增大。增大。理论计算表明，随着理论计算表明，随着 MOSFET 尺寸的缩小，尺寸的缩小，速度速度过过冲效冲效应应将将会会变变得很重要。得很重要。结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！12