ریاضیات

2 . 2 . 1 کانال

در لایه وارونگی یک ماسفت، خم شدن باند قوی عمود بر کانال منجر به کوانتیزه شدن انرژی می شود . در حالی که انرژی لبه باند در امتداد کانال فقط کمی تغییر می کند، یک گرادیان قوی عمود بر کانال وجود دارد. حامل های وارونگی به یک چاه کوانتومی باریک در زیر دی الکتریک گیت محدود می شوند که به آن گاز الکترونی دو بعدی می گویند. این در شکل 2.5 نشان داده شده است ، جایی که غلظت حامل در کانال برای یک شبیه سازی کلاسیک با و بدون تصحیح کوانتومی نشان داده شده است.

اگر فرض شود که تابع موج حامل در دی الکتریک دروازه مسدود شده است - یعنی نفوذ تابع موج نادیده گرفته شده است - سطوح انرژی گسسته تشکیل می شوند [ 16 ]. حداکثر غلظت الکترون، مرکز بار، در رابط به دی الکتریک گیت قرار ندارد، اما همانطور که در قسمت سمت چپ شکل 2.6 نشان داده شده است، در داخل کانال شکل می گیرد . این اثر همانطور که در قسمت سمت راست شکل 2.6 نشان داده شده است به صورت کاهش جریان خروجی ظاهر می شود و می تواند تا حدی به عنوان یک تغییر ولتاژ آستانه مدل شود. علاوه بر این، ظرفیت گیت با این اثر کاهش می یابد.

مشکلات اضافی پوسته پوسته شدن دستگاه مربوط به اثرات حامل داغ است : هنگامی که حامل ها در یک ماسفت روشن از منبع به سمت تخلیه حرکت می کنند، سرعت و انرژی به دست می آورند. در نزدیکی زهکش دمای بالایی دارند که باعث افزایش تونل زنی نوار به باند، تونل زنی دی الکتریک دروازه و یونیزاسیون ضربه ای می شود (پدیده تونل زنی با حامل گرم در بخش 5.1.4 مجدداً منتشر خواهد شد.) حامل های اضافی ایجاد شده توسط این فرآیندها به جریان بستر و در نتیجه به نشتی دستگاه اضافه کنید. علاوه بر این، جریان تونل زنی الکترون داغ منجر به کاهش قابلیت اطمینان دی الکتریک گیت می شود.

Punchthrough یک مشکل جدی برای دستگاه های کوچک ایجاد می کند. زمانی اتفاق می‌افتد که یک مسیر کاذب بین منبع و تخلیه ماسفت خاموش در ناحیه توده‌ای شکل می‌گیرد که گیت کنترلی بر شارژ ندارد. این منجر به افزایش شدید جریان نشتی می شود. شکل 2.7 چگالی جریان را در ماسفت خاموش 90 نانومتری در = 0.0 ولت، = 1.2 ولت با چاه رتروگراد (چپ) و بدون (راست) نشان می دهد. به دلیل سوراخ شدن، چگالی جریان در دستگاه مناسب بسیار زیاد است. مشاهده می شود که جریان از کانال عبور نمی کند بلکه به عمق زیرلایه می رود. اقدامات انجام شده برای کاهش این اثر چاه های رتروگراد، ایمپلنت های هاله ای، یا ایمپلنت های جیبی است [ 17 ].

برای دستگاه هایی با کانال های بسیار کوتاه، یک اثر اضافی رخ می دهد که منجر به افزایش جریان نشتی می شود. به دلیل فاصله کوتاه بین منبع و تخلیه، پتانسیل در کنتاکت تخلیه، مقدار پیک سد انرژی در کانال را کاهش می دهد. این در قسمت سمت چپ شکل 2.8 برای طول دروازه 250 نانومتر تا 50 نانومتر نشان داده شده است. مشاهده می شود که اوج سد انرژی در نزدیکی تماس منبع به شدت کاهش می یابد، اثری که به آن کاهش سد ناشی از تخلیه (DIBL) می گویند . این منجر به کاهش ولتاژ آستانه با کاهش طول کانال می شود. مقادیر حاصل از ولتاژ آستانه برای کاهش طول کانال، همانطور که در قسمت سمت راست شکل 2.8 نشان داده شده است ، به اصطلاح منحنی "roll-off" را نشان می دهد.