短沟道效应对阈值电压的影响,mosfet短沟道效应介绍
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一、短沟道效应概述
在金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）中，当导电沟道长度缩小至十几纳米甚至几纳米量级时，会引发一系列独特的物理效应，统称为短沟道效应（Short Channel Effect, SCE）。这些效应具体表现为阈值电压随沟道长度减小而降低、漏致势垒降低（DIBL）、载流子表面散射、速度饱和、离子化以及热电子效应等。
二、短沟道效应的影响
当 MOSFET 的沟道长度（L）缩小至与耗尽区宽度相当的程度时，器件的电学特性发生显著变化，与长沟道器件的行为模式产生明显偏差。在半导体器件设计中，这种偏差体现在多个关键参数上，如阈值电压（VT）、亚阈值摆幅（SS）、漏电流（leakage current）等。
随着 MOSFET 尺寸的持续缩小，尤其是沟道长度的不断缩短，短沟道效应愈发显著。其中，直接隧穿和热载流子注入等效应会改变沟道中的电荷分布和电场分布，进而影响阈值电压，通常导致阈值电压降低和亚阈值摆幅增大。
三、阈值电压漂移现象
当器件沟道长度减小至深亚微米结点时，阈值电压会出现显著的下降，这就是短沟器件的阈值电压漂移现象。
在短沟器件中，随着漏端电压的升高，源漏的耗尽区在沟道中相互靠近，导致沟道区的电势降低，这种现象被称为漏致势垒降低（DIBL）效应。
在短沟器件中，随着漏端电压的升高，源漏的耗尽区在沟道中相互靠近，导致沟道区的电势降低，这种现象被称为漏致势垒降低（DIBL）效应。
沟道区势垒的降低使得器件的阈值电压随着源漏偏压的升高而降低。DIBL 效应的严重程度与漏端偏压的升高和沟道长度的减小呈正相关。通常，可以通过测量器件在漏端偏压下分别工作在线性区和饱和区时的阈值电压差值，来评估 DIBL 效应的严重程度。
由于沟道区势垒降低，即使栅源电压小于阈值电压，也会有少量载流子从源端漂移到漏端，导致器件的亚阈值电流增大。因此，DIBL 效应使得器件的阈值电压会随着源漏偏压的改变而发生漂移。
四、2D nMOSFET 仿真结果
通过对2D nMOSFET进行仿真，得到其id-Vg曲线。结果显示，当栅极长度（Lg）小于600 nm时，2D nMOSFET表现出严重的短沟道效应。
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