С1.2 Понижение барьера, индуцированное стоком ( DIBL )

       Физика ККЭ может быть понята под другим углом зрения при рассмотрении потенциального барьера (для электронов в пМОПТ) на поверхности между истоком и стоком, как показано на рис.С1.2. В выключенном состоянии МОПТ этот потенциальный барьер (область р -типа) препятствует протеканию тока электронов к стоку. Поверхностный потенциал контролируется главным образом напряжением на затворе. Когда это напряжение меньше напряжения порога, только ограниченное число электронов, инжектированных из истока, способно преодолеть барьер и достичь стока (подпороговый ток). В длинноканальном приборе барьер плоский в большей части прибора. Поля истока и стока действуют только в очень узких областях на концах канала. Однако, когда длина канала уменьшается, поля истока и стока проникают глубоко в канал, что приводит к понижению потенциального барьера между истоком и стоком. Это вызывает существенное увеличение подпорогового тока. Другими словами, пороговое напряжение становится ниже, чем в длинноканальном приборе. Участок максимального потенциального барьера также сокращается до одной точки вблизи центра прибора.

Рис.С1.2. Энергия дна зоны проводимости в зависимости от расстояния (нормированного на длину канала L) от истока к стоку для длинноканального (А) и короткоканального МОПТ при низком напряжении стока (В) и высоком напряжении стока (С). Напряжение на затворе одинаково для всех трех случаев [2].

Когда к прибору прикладывается высокое напряжение стока, высота барьера уменьшается еще больше, вызывая дальнейшее уменьшение порогового напряжения. Точка максимума барьера также сдвигается в направлении истока, как показано на рис.С1.2. Этот эффект называется понижением барьера, индуцируемое стоком (drain-induced barrier lowering − DIBL). Это объясняет экспериментально наблюдаемое увеличение подпорогового тока с увеличением напряжения стока в короткоканальных МОПТ. Рис.С1.3 показывает подпороговые характеристики длинно- и короткоканальных МОПТ при различных напряжениях стока.

Рис С1.3. Подпороговые характеристики длинно- и короткоканальных МОПТ при различных напряжениях стока [3].

В длинноканальном приборе (L = 2мкм) подпороговый ток не зависит от напряжения стока (). В короткоканальном приборе (L =0,35мкм) кривая ВАХ при увеличении смещения стока сдвигается параллельно в сторону более низкого порогового напряжения (DIBL - эффект).  При ещё более коротких длинах канала (L =0,2мкм) подпороговый наклон начинает деградировать (уменьшаться), так как поверхностный потенциал теперь контролируется больше стоком, чем затвором. В конце концов, прибор достигает условия, когда затвор полностью теряет контроль над каналом и высокий ток стока продолжает существовать независимо от напряжения затвора.