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Fisica dei transistor MOS a canale sub-micrometrico Corrente di sotto-soglia Saturazione della velocita' di deriva Modulazione della velocita' di deriva Effetti di canale corto: diminuzione di V T con L G Effetti di canale stretto: aumento di V T al diminuire di W Degradazione dovuta a elettroni caldi Corrente di substrato e breakdown del MOSFET Scaling delle dimensioni del MOSFET Evoluzione della struttura del MOSFET con L G <0.25 m

Fisica dei transistor MOS a canale sub-micrometrico Corrente di sotto-soglia Saturazione della velocita' di deriva Modulazione della velocita' di deriva

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Fisica dei transistor MOS a canale sub-micrometrico

• Corrente di sotto-soglia• Saturazione della velocita' di deriva• Modulazione della velocita' di deriva• Effetti di canale corto: diminuzione di VT con LG

• Effetti di canale stretto: aumento di VT al diminuire di W

• Degradazione dovuta a elettroni caldi• Corrente di substrato e breakdown del MOSFET

Scaling delle dimensioni del MOSFETEvoluzione della struttura del MOSFET con LG<0.25 m

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tensione di soglia forte inversione

in sottosoglia, Qn dipende dal potenziale superficiale in modo circa esponenziale:

Correnti di sottosoglia

QkT

qq N q

kTns a

s p

s p

LNMM

OQPP2

2

exp

e j

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Correnti di sottosoglia

11

22

Cq N

ox

s a

p

QkT

qq N qV V V y V

kTns a

p

G T C S L

NMM

OQPP2

2

exp( )b g

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In sottosoglia, le correnti di diffusione prevalgono su quelle di drift

IkTWQ V

qL

qV

kTDstno n s DS

FHG

IKJ

LNM

OQP

( )exp1

in sottosoglia il transistor MOSFET approssima il transistor bipolare ! ! !

Correnti di sottosoglia

IDst~ exp(VGS) - attraverso Qn; indipendente da VDS per VDS>> kT

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Drain Induced Barrier Lowering (DIBL)

abbassamento della barriera al source per effetto della tensione di drain

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Saturazione della velocita' vE

E E

o y

y c

FH IK

11

//

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V E LV V

E L

IC W

L V E LV V V

V

Dsat cG T

c

Dno ox

DS cG T DS

DS

F

HGIKJ

LNMM

OQPP

LNM

OQP

12

1

1 2

1 2

2

b g/

( )( )

Effetti della saturazione della velocita':

•variazione meno che lineare di VDsat con VG-VT

•variazione ancora quadratica di IDsat con VDsat

•corrente piu' bassa che nel modello al primo ordine

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Effetto della saturazione della velocita'

sperimentale modello con vsat

modello con costante

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Effetto del campo elettrico normale al canale

o

s

o

ox G C

s ox

E V V

x

11

L

NMOQP

b g b g

IC W

L V E L VV V V

VD

no ox

DS c GSG T DS

DS

LNM

OQP

( )

( )1 2

2

Modello del MOS del secondo ordine

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Lunghezza effettiva di canale

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Riduzione della tensione di soglia nei MOS a canale corto

•VT diminuisce perche' le giunzioni di source e drain "contribuiscono" a creare la regione di svuotamento

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Q qx WNL L

fQ

Q

r

L

x

r

V V Vf

CqN V V

d d a

d

d

j d

j

T FB p Sox

s A p S B

11

1

2

1 12

1 1

2 2 2

FHG

IKJ

max

max

e j

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Effetti di canale stretto

Q qN WLxx

W

VqN x

C W

dT A dd

TA d

ox

FHG

IKJ

maxmax

max

12

2

2

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Effetti di canale stretto

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Effetti dovuti ai portatori "caldi"

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Breakdown del MOSFET

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Punch-through dei MOSFET a canale corto

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Scaling della tensione di soglia dei MOSFET

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