MOS管的溝道長度,溝道長度調制效應-KIA MOS管

MOS管的溝道長度

MOS管的溝道長度是影響其性能和集成度的重要因素。mos管溝道的長度在一定程度上決定了芯片的頻率和芯片的集成度。

從芯片集成度上看mos管溝道長度的意義

mos管的體積可以說是決定了IC芯片的集成度，顯然溝道的長度就是影響mos管體積的重要因素，現在集成電路的功能越發復雜，這就要求在芯片上能夠集成更多的電路，這使得芯片的溝道越來越小，例如所謂的7ns芯片，在這里7ns就是說的溝道長度。

芯片工藝中的光刻，光刻機的精度決定了能做到的溝道長度，這個技術是很難突破的，并且最重要的是這種重要的技術存在技術封鎖，這是當下國家半導體行業的困局。

從芯片的頻率上來看mos管溝道長度的意義

芯片的頻率就是芯片性能最重要的指標之一，頻率越快就意味著芯片的計算，存儲越快。明顯頻率不是想設多快就設多快，它是受各種硬件的性能決定的，mos管溝道的長度就是其一。

從FET為例說，理論上GS電壓高于一定的值，就可以了。這個很容易做到，但是，在MOS管的結構中可以看到，在GS，GD之間存在寄生電容，而MOS管的驅動，實際上就是對電容的充放電。顯然電容的充放電是需要時間的，這個時間就限制了頻率的大小，同時這個時間跟mos管的尺寸有關。溝道越小、尺寸越小，頻率就可以越快。

溝道長度調制效應

溝道長度調制效應是指MOS晶體管中，柵下溝道預夾斷后、若繼續增大Vds，夾斷點會略向源極方向移動。導致夾斷點到源極之間的溝道長度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小，從而使更多電子自源極漂移到夾斷點，導致在耗盡區漂移電子增多，使Id增大的效應。

以在加柵壓Vgs且形成導電溝道的情況下的NMOSFET為例。若漏源電壓Vds增大至不可忽略，溝道電壓降增大直至Vgd=VT時，由于柵漏之間電壓差降低，漏端附近反型層消失，稱為溝道夾斷。若繼續增大Vds，夾斷點將向源端移動，故"看起來"，有效溝道長度減小，稱為溝道調制效應。

對于長溝器件而言，溝道變化長度△L遠小于原溝道長度，即△L可忽略，但在集成電路特征尺寸逐漸縮小的今天，溝道調制效應帶來的影響愈加不可忽視。

溝道長度調制效應是MOS晶體管中一個重要的物理現象，它發生在晶體管工作在飽和區時。當漏源電壓（Vds）增大，導致實際的反型層溝道長度逐漸減小，這一現象被稱為溝道長度調制效應。

具體來說，當MOS晶體管中的柵下溝道預夾斷后，若繼續增大Vds，夾斷點會略向源極方向移動，導致夾斷點到源極之間的溝道長度略有減小，有效溝道電阻也就略有減小。這一變化使得更多電子自源極漂移到夾斷點，導致在耗盡區漂移電子增多，從而使漏極電流（Id）增大。這種效應是MOS結構的一個二級效應，對MOS晶體管的工作特性和性能有著重要影響。

溝道長度調制效應的影響在于，當漏源電壓增加時，速度飽和點在從漏端向源端移動，使得漏源電流隨漏源電壓增加而增加。在飽和區，D和S之間電流源非理想，這是因為溝道長度是漏源電壓的函數，導致漏極電流增加。這種效應在短溝道器件中尤為明顯，因為短溝道器件的場強較大，速度飽和效應可能先于溝道夾斷導致電流飽和。

此外，溝道長度調制效應還可以被用作放大器的有源負載，因為它能提供電流并能提供大的輸出阻抗，實現較大增益。在仿真中，通過調整溝道長度和寬度參數，可以觀察到溝道長度越短，輸出電阻越小，做放大器的有源負載增益也會越小。這表明溝道長度調制效應不僅是一個物理現象，而且在實際應用中有著重要的工程意義。

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