浅谈MOS管的二阶效应

阈值变化

由阈值电压的公式可看出，阈值电压与制造工艺和所加体偏电压VSB有关，所以在设计中把它当成一个常数。 当器件尺寸不断缩小时，此模型不再精确，阈值电压与L、W和VDS有关。

对于图a：通常推导VT0时，假定沟道耗尽区由于所加的栅电压引起的，而忽略了源端和漏端的耗尽区，当沟长缩小时，一个较小的电压足以引起强反型。 所以短沟道期间的VT0随L的减小而减小。

对于图b：通过增加漏-源电压也可得到类似的效应，因为增加了漏结耗尽区的宽度，结果随着电压的增加而降低。

热载流子效应

短沟道器件的阈值电压除了设计的偏差之外，也会随时间漂移，这由于热载流子效应的影响。 对于不断缩小的沟道长度，电源工作电压没有大幅下降，使得电场强度逐渐变高，电子的速度增加，达到一定的能量就会离开硅进入栅氧中，引起可靠性问题。

图中显示了NMOS管经过超强度工作前后对比，工作后（虚线）IV特性变差。 所以先进的MOSFET工艺采用一种特别设计的漏区和源区，保证电场的峰值受到限制，避免载流子变成热电子所需的临界值。

CMOS闩锁效应

MOS工艺会包含很多内在的双极型管，阱和衬底之间会寄生n-p-n-p的结构。 这些期间一旦激发会导致VDD和VSS之间短路，破坏芯片。

如图（a）中，纵向形成了PNP双极型，横向形成了NPN双极型。 这样就形成了（b）中的正反馈回路，两个双极型的一个正向偏置，就会为另一个提供基级电流，此时及时外界触发条件消失，VDD和VSS之间也会有电流流动。

解决的办法有很多种，书中提供两种：1.使电阻Rnwell和Rpsubs最小，应该是使发射极和基级的电压接近，从而抑制BJT的导通条件之一的发射结正偏。 2.在传送大电流的器件周围加保护环，这些放置在晶体管周围的环形阱/衬底接触可以进一步减小电阻，从而减小寄生双极型管的增益。